НАСА има велике планове за будућност људског свемирског лета. Предлоги свемирске агенције за слање дугорочних, посадних мисија на Месец и, на крају, копнени астронаути на Марсу, захтеваће значајан напредак у опреми за ракетне и свемирске летове. Али заједно са новом технологијом научници се суочавају са још једним кључним питањем: Да ли се људско тело може одржати током толико времена у свемиру? Истраживачка мисија на Марсу могла би потрајати две или три године, док је већина свемирских експедиција до сада трајала шест или мање месеци. Проширене мисије изван Земљине орбите могле би резултирати дубоким и потенцијално опасним биолошким ефектима на тела астронаута.
Да би проучавали утицај микрогравитације, радијације и заточења у дуготрајном свемирском лету, НАСА је за јединствену мисију одабрала близанце Сцотта и Марка Келлија. Два идентична близанаца служила су НАСА-иним пилотима и астронаутима, а Сцотт је изабран за једногодишњу мисију на Међународној свемирској станици (ИСС), оставивши свог брата - генетску копију себе - на Земљи. Истраживачи су користили ознаку Земље као неку врсту контролног предмета за поређење било каквих промена у Скоту током његове године у свемиру, а које су трајале од 27. марта 2015 до 1. марта 2016.
Десет тимова научника проучавало је различите аспекте здравља и биологије близанаца, од експресије гена до бактерија у цревима до сазнања. Данас су тимови објавили нека од својих прикупљених истраживања у оквиру интердисциплинарне студије, која ће бити објављена 12. априла у часопису Сциенце.
Графичка илустрација пута који појединачно истраживање Твинс Студи-а води од истраживања до интеграције у један сажетак до неколико пратећих радова. (НАСА) Са више од 80 аутора, студија окупља и анализира широк спектар података, прикупљених од оба близанца током целогодишње мисије, плус месеци непосредно пре и после. Резултати су експанзивни, али углавном показују да је, уз неке уочљиве изузетке, Сцоттово тело прилично брзо одбило назад након 340 дана у стресним свемирским условима. Истраживање ствара „интегрисани портрет молекуларних, физиолошких и понашања прилагођавања и изазова људском телу током дужег свемирског лета“, пишу аутори.
Питање старења
Један од десет тимова, на челу са Сусан Баилеи, професорицом радијацијске и биолошке болести рака на Државном универзитету у Колораду, усредсредио се на теломере, „чепове“ који штите крајеве праменова ДНК. На Земљи се ови теломери исцрпљују током животног века човека, јер се сваки круг репликације ДНК у њима смањује.
Када су Бејлијев тим анализирали теломере у Скотовим белим крвним ћелијама, открили су да се просечна дужина теломера у тим ћелијама заправо повећала током мисије. "Било је управо супротно ономе што смо замислили", каже Бејли. "Ми смо предложили да, у ствари, због свих заиста јединствених напрезања и изложености стварима попут микрогравитације, зрачења у простору и изолације ... [изгледало је] да би они убрзали губитак теломера у простору."
Сцотт Келли био је на међународној свемирској станици током године у свемиру. (НАСА) Једном када је Сцотт додирнуо Земљу, Баилеиев тим уочио је да се његова просечна дужина теломера смањила на приближно пре нивоа пре лета. У месецима након лета, међутим, већи број теломера је изгубљен или критички скраћен. Ово би могло бити забрињавајуће откриће, јер су скраћење и губитак теломера повезани са старењем и подложношћу старостним болестима, укључујући кардиоваскуларне проблеме и рак.
Истраживачи још увек нису сигурни како су се догодиле ове промене теломера. Тим се надао да ће анализирати активност теломеразе, ензима који проширује теломере, али се искључује у већини телесних ћелија одрасле особе, како би видели да ли се некако активирао док је Сцотт био у лету. Међутим, материјал који им је потребан био је "изгубљен у свемиру", каже Бејли. Узорци крви испоручени су назад на Земљу свемирским бродом Соиуз, али активност теломеразе је мртва по доласку, вероватно као последица температурних промена током поновног уласка кроз Земљину атмосферу.
Беилеи каже да ће научити више о механизму ових промена током и после свемирског лета бити важно да напредује унапред, не само ради астронаута, већ и зато што би темељније разумевање старења било драгоцено за здравље „земљака“.
Генска експресија у свемиру
Истраживачи су такође проучавали Сцоттов геном да виде да ли се експресија гена мењала током лета, као што то има тенденција у стресним ситуацијама. Тим који предводи Цхрис Масон, генетичар из Веилл Цорнелл Медицине, проучавао је модификације ДНК и РНК које ће сигнализирати епигенетску адаптацију. Приметили су неке промене у изражавању гена, а ове варијације су се убрзале у последњих шест месеци мисије. Више од шест пута више разлика у експресији гена се појавило током друге половине у поређењу са почетком лета.
Открића су била помало изненађујућа, каже Масон, јер је очекивао да ће се те разлике успорити или престати након почетног периода прилагођавања новом окружењу. Трајне и све веће генетске трансформације показују да се тело и даље мења у дужем временском периоду у простору.
Андрев Феинберг, професор и медицински истраживач са Универзитета Јохнс Хопкинс, и његов тим фокусирали су се на метилне групе - хемијске маркере који обично сигнализирају промјене у експресији гена - и утврдили су да је количина епигенетске промјене била слична за два брата. Упркос неким мањим разликама, Сцоттов се геном понашао на начин који "није забрињавајући", каже Феинберг.
Након завршетка мисије, 90 процената модификованих генских израза вратило се на почетну линију - добар знак да тело може одскочити након дуге мисије, каже Масон. Осталих 10 процената, који су сачињавали преко 800 гена, укључујући оне повезане са имунолошким одговором и поправљањем ДНК, и даље се различито изражавају шест месеци након Скотовог повратка. „Чини се да у одређеној мери довољно ћелија у телу има сећање на оно што се догодило да је још увек у току прилагођавање и поновна калибрација за повратак на Земљу, “ каже Масон.
Утицај свемирског лета на ум
У једном потенцијално везаном за резултат, тим који је проучавао когницију открио је да је Сцотт-ов учинак на низу когнитивних тестова опао у периоду после лета. Матхиас Баснер, професор психијатрије на Универзитету у Пенсилванији и његов тим дизајнирали су специјалну базу за когнитивне тестове за НАСА-у - низ од 10 компјутеризованих задатака за мерење различитих аспеката размишљања астронаута, укључујући емоционално препознавање, преузимање ризика и пажњу.
Иако су Сцоттове мере у лету биле стабилне, његова "когнитивна ефикасност", или његова брзина и тачност у комплетирању тестне батерије, опали су када се вратио на Земљу. Пад је трајао током шест месеци након повратка.
Иако Сцотт током целогодишњег свемирског лета није показивао алармантне когнитивне ефекте, чинило се да има много више проблема са тестовима након повратка у Земљино окружење у поређењу са периодом прилагођавања након претходне шестомесечне мисије од октобра 2010. до Март 2011. Когнитивни резултати могли би бити „црвена застава“ када се планира нешто попут мисије на Марс, каже Баснер, током које би астронаути морали да обављају сложене задатке након слетања.
НАСА астронаут Сцотт Келли (лево), инжењер лета Експедиције 43/44 и командант експедиције 45/46; и руски космонаут Михаил Корниенко, инжењер лета Експедиција 43-46, провели су 340 кумулативних дана у свемиру. (НАСА / Билл Стаффорд) „Простор је веома непријатељско окружење“, каже Баснер. „Увек желимо да астронаути функционишу у најбољем реду у смислу да, знате, ситне грешке могу превести у катастрофалне грешке - у најгорем случају, до отказа мисије и губитка опреме и живота астронаута.“
Иако би вероватно требало да висок ниво оштећења утиче на операције које воде обучени астронаути, ове когнитивне промене треба пратити у будућим мисијама, каже Баснер, посебно зато што људи имају слабу способност процене сопственог когнитивног статуса, склони да прихвате њихов тренутни услова као "новог нормалног", чак и ако су стварно гори него раније.
Тело свемирског истраживача
Кроз остатак Сцоттовог тела, истраживачи су приметили и друге промене повезане са летењем у свемир. У студији о микробиому, заједници бактерија које живе у људском цреву, тим који су предводили истраживачи са Универзитета Северозападњак утврдио је да се пропорције различитих врста бактерија мењале током Скотове године у свемиру. Међутим, укупна разноликост бактерија се није смањила, што је добар знак да је микробиом остао здрав.
Тим који је водила Бринда Рана, истраживачица науке о здрављу са Калифорнијског Универзитета у Сан Дијегу, открила је да се и неколико протеина мењало током свемирског лета. Узорци урина из Сцоттовог времена на броду ИСС садржавали су високи ниво колагена, структурног протеина. Ако посматрамо ову меру заједно са физиолошким променама - попут оних примећених у Скотовим очним јабучицама и васкуларном систему - могао би бити знак да се тело реструктуира, каже Рана. Истраживачи су такође приметили повишен ниво аквапорина 2, протеина који има тенденцију да буде маркер дехидрације.
Огромна већина промена које су приметили Ранов тим и друге нестале су кад се Сцотт поново спустио на Земљу. „То само показује колико је тело отпорно и колико је људско тело прилагодљиво на различита окружења“, каже Рана. „Годину у свемиру - тело то може да поднесе.“
Пошто је величина узорка НАСА-иног студија близанца приближно онолико мала колико су могли, истраживачи су нагласили да не могу генерализовати своје резултате, нити могу доказати директну узрочну везу између свемирског лета и њихових опажања. Ипак, њихов рад, упркос ограниченом обиму, даје НАСА-и неке трагове о томе где би могли видети биолошке промене током свемирског лета - „драгоцену мапу пута“, каже студија, о могућим ризицима дужих путовања у наш соларни систем.
Радити на овој студији било је као рани картограф, каже Феинберг. Он и други истражитељи покушали су да разумеју широким ударима које промене се дешавају у телу током свемирског лета, стварајући општи облик и остављајући простор будућим истраживањима да испуне детаље.
НАСА већ планира да настави са попуњавањем ове мапе људског тела. Бејли и други истраживачи наставиће са још једним дугорочним пројектом надгледања „десет астронаута у једногодишњим мисијама, десет у шестомесечним мисијама и десет на путовањима од два до три месеца истовремено. Здравствени подаци биће упоређени са људима на терену који су у изолацији за исте периоде “, каже се у саопштењу Универзитета Колорадо. Други научници напредују са аналогним пројектима на Земљи, укључујући Рана, која проучава мере субјеката на дугорочном леђном кревету који опонаша нулте гравитационе услове.
Иако има још пуно посла да се уради, НАСА сада има оквир за врсту мултидисциплинарне сарадње коју ће вероватно наставити у будућим студијама, каже Баснер. Што се тиче Сцотта Келлија, он је спреман да буде у њему на дуге стазе.
"Понекад на питања која поставља наука одговорена су друга питања, а ја ћу наставити да ми се раде тестови једном годишње до краја живота", написао је у својој књизи за 2017. годину, Ендуранце: Ми Иеар ин Спаце, А Лифе Лифе оф Дисцовери . „То ме не узнемирава посебно. Вреди да то допринесе унапређењу људског знања. "
