Az űrélet - mi történik a testedben egy év után az űrállomáson - Mindcraft Stories
Két azonos ikertestvért, mindkettő űrhajós, több mint két éve üldözik. Az egyik egyéves missziót folytat az űrben, egy másik a földön marad.
Nem a legújabb hollywoodi kasszasiker forgatókönyvéről van szó. Ezek a NASA által egy évig tartó űrmisszió során végzett átfogó kutatások eredményei. Az első ember, aki az űrbe utazott, Jurij Gagarin orosz űrhajós volt, 1961. április 12-én. Azóta 559 ember repült az űrben. Azonban a hosszú űrmissziók (az űrmisszió hosszú távúnak tekinthető, ha összesen több mint 300 űrben töltött napot teljesítenek) nagyon ritkák. Csak nyolc űrhajós vett részt a 300 napnál hosszabb küldetéseken, és közülük csak négy töltött egy vagy több évet az űrben egyetlen küldetés során.
Ezért egyéves űrmisszió különösen fontos lehetőséget jelentett az amerikai kutatók számára, hogy tanulmányozzák és elemezzék a földi állapotoktól nagyon eltérő fizikai körülmények között töltött hosszú idő emberi fiziológiára, fizikai állapotra és az űrhajósok pszichés jellege.
Hogyan befolyásolja a világűrben töltött hosszú időtartamokat?
Az úgynevezett "egyéves misszióra" 2015 márciusa és 2016 márciusa között került sor, amely egy orosz-amerikai partnerségi expedíció volt. Ennek a küldetésnek az volt a célja, hogy adatokat gyűjtsön a világűrben töltött hosszú időszakok hosszú távú hatásairól az űrhajósok testi és lelki egészségére. A két állam mindegyike kijelölt egy űrhajóst, aki egy évet - pontosabban 340 napot - tölt a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetén. Az oroszok Mihail Kornienkót és az amerikaiak Scott Kellyt választották.
Ezzel párhuzamosan a NASA további elemzést végzett. Scott Kelly űrhajósnak - akit az "Egyéves misszió" részvételére választottak - azonos ikertestvére van, Mark Kelly, aki akkor űrhajós is volt. Ez az egybeesés teszi a Kelly testvéreket az "Egyéves misszióval" párhuzamosan végzett tanulmány tökéletes jelöltjeivé.
Így született NASA ikrek tanulmány, átfogó tanulmány arról, hogy az űrben töltött idő hogyan befolyásolja az emberi testet a legapróbb részletekig. Scott Kelly volt az elemzés tárgya, egy évet töltött az űrállomás fedélzetén. Ikertestvére, Mark Kelly a földön maradt, a tökéletes kontrollcsoportot képviselve. Monozigóta ikrek lévén, a két testvér genetikailag azonos. Ily módon a NASA a legapróbb részletekig képes volt tanulmányozni és elemezni az űrben töltött idő hatását az emberi testre.
A NASA átfogó tanulmánya nyolc állam tíz különböző kutatócsoportját hozta össze és integrálta. Összesen 84 kutató vizsgált minden biológiai változást, bármilyen finom is, Scott Skelly hosszú űrmissziója során, élettani és kognitív, genetikai és molekuláris változásokon keresztül.
Most, majdnem három évvel az "Egyéves misszió" vége után, a NASA kutatóinak a két iker-űrhajósról szóló tanulmányának végeredményei megjelentek a Science folyóiratban. A cikkhez szerkesztőség tartozik ugyanarról a témáról, és a Science magazin áprilisi számának címlapját is a két űrhajósnak szentelik.
Abban az időben, amikor az emberiség hosszabb űrmissziókat fontolgat, a NASA tanulmányának eredményei értékes eszközök ahhoz, hogy jobban megértsék, hogyan befolyásolja az emberi testet a világűrben való hosszú távú élet.
Tanulmányi módszertan
Scott és Mark Kelly monozigóta ikrek - genetikailag azonosak - és mind a NASA űrhajósai. A vizsgálat idején a kettő 50 éves volt.
Scott eddig 180 napot töltött a világűrben. Az "Egyéves misszió" kiválasztása előtt négy éve volt a földön. Testvére, Mark összesen 54 napot töltött az űrben, és testvéréhez hasonlóan a tanulmány kezdetekor csaknem négy éve nem repült az űrben.
A NASA tanulmánya összesen 25 hónapig tartott. Ez magában foglalta az űrmisszió előtti időszakot, azt az évet, amelyet Scott az SSI és Mark fedélzetén töltött a földön, és jelentős időt, miután Scott visszatért a földre. Ez idő alatt a két testvér szigorú protokollokat követett, részt vett fizikai és kognitív tesztekben, és az összehasonlító tanulmányokhoz biológiai anyagok mintáit szolgáltatta.
Többek között az Űrállomás fedélzetén töltött évben Scott Kelly saját vért gyűjtött elemzés céljából, és influenza elleni oltást kapott. A NASA tudósai azt akarták tudni, hogy a test immunválasza megváltozik-e az űrutazás során. A Földön testvére ugyanazon protokollon, ugyanazon vizsgálati és oltási ütemezésen ment keresztül, a kontroll csoport képviseletében.
Az űrállomás fedélzetén Scott vér- és plazma-, nyál-, bőr- és vizeletmintákat gyűjtött és elemzésre különített el, valamint periodikus kognitív és optometriai vizsgálatokat végzett. Scottnak az űrben gyűjtött mintáit sok -80 ° C-on tárolták, és a Földre való visszatérése után elemezték. Ennek oka, hogy az SSI fedélzetén lévő biológiai minták földi küldése a Földre az Űrállomást rendszeresen ellátó transzferek segítségével több mint 45 órás utazást jelent a Föld légkörében, nehéz körülmények között, ami megváltoztatja a mintákat (szélsőséges hőmérsékleti változások és rezgéseknek vannak kitéve). magas frekvencia, ami a biológiai anyag elkerülhetetlen megváltozásához vezethet).
Epigenetika vagy "természet kontra környezet"
Ennek a kiterjedt tanulmánynak fontos szempontja volt a két testvér elemzése epigenetikai szempontból. Az epigenetika a genetika azon ága, amely a fenotípusos tulajdonságok variációját tanulmányozza a környezet szempontjaitól függően. A NASA kutatói azt akarták elemezni, hogy hogyan változik a gének viselkedése az űrben, és ennek következtében hogyan befolyásolja az emberi test sejtjeinek e géneket kódoló módját.
A világűr egy egészen más környezet, mint amelyikben a legtöbb ember a Földön él. A sugárzásnak és a mikrogravitációnak való kitettségtől az elkülönítve és nagyon szűk helyen töltött időig, az űrmissziók során az űrhajósok kénytelenek alkalmazkodni a nagyon eltérő környezetben való élethez. A kutatók számára fontos megjegyezni és elemezni, hogy az emberi test hogyan változik könnyen ahhoz, hogy alkalmazkodjon ehhez a különböző környezethez. Fontos megjegyezni azt is, hogy az űrben töltött idő alatt bekövetkezett változások közül hány tartós, és az emberi test mennyire "normalizálódik", miután visszatért a Földre.
Milyen maradékhatásai vannak a világűrben töltött időnek? A kérdés megválaszolására a NASA kutatói azt akarták, hogy a vizsgálat elején - a repülés előtt - az űrmisszió során és annak befejezése után gyűjtsenek biológiai információkat, hogy elemezzék a két űrhajós fiziológiájának időbeli változását.
Milyen változások történnek az emberi testben a világűrben?
A NASA által végzett vizsgálat eredményei azt mutatták, hogy legalább tíz fiziológiai folyamatot befolyásolt bizonyos mértékben az űrutazás során. A kutatók által észlelt változások között szerepelnek: a testtömeg és a mikrobiom összetételének változásai, a szív- és érrendszeri változások, a szem adaptációi, a kognitív változások, a telomer hosszának és egyes gének transzkripciójának változásai (epigenetikai változások).
E megjegyzett változások egy része megerősítette hasonló vizsgálatok eredményeit, amelyek azt vizsgálták, hogy az űrhajósok egészségét hogyan befolyásolja az űrben töltött idő. Mások új felfedezések voltak, amelyeket a jövőbeni tanulmányokkal kell megerősíteni.
Azt is meg kell jegyezni, hogy a bekövetkezett változások nagy része megfordult, amikor az űrhajós visszatért a földre. Mások azonban állandóak voltak, vagy a Földre való visszatérés után éreztették jelenlétüket. Vegyük őket egyenként:
A telomer hosszának változásai
Az egyik legérdekesebb változás, amelyet a kutatók megjegyeztek, az volt, hogy megváltoztatták az űrhajós telomerjeinek hosszát az űrben. A telomerek a kromoszómák "végei", az ismétlődő DNS régiók, amelyek megvédik a kromoszóma integritását. Ha a kromoszómák fonott húrok, húrok, a telomerek vizuálisan ábrázolhatók a húr csomóiként vagy csomózott végeként, amelyek megvédik a húrot és megakadályozzák a szétválást. A telomer hossza a test tényleges életkorához kapcsolódott. Ennek oka, hogy minden sejtosztódással a telomerek rövidülnek. Ezért a telomer rövidülése a sejtek és szövetek öregedésének jele, és hajlamosíthat a degeneratív betegségekre.
De a kutatók nem a telomerek hosszának rövidülését figyelték meg az űrben, hanem azok megnyúlását. A felfedezés annál érdekesebb volt, hogy miután Scott visszatért a földre, a telomerek többsége gyors rövidülést szenvedett (kevesebb mint 48 órán belül - jegyzik meg a tanulmány szerzői).
A kutatók elmélete szerint az űrhajós földre való visszatérése által okozott fizikai stressz a telomerek gyors megrövidüléséhez vezetett. Ezzel párhuzamosan a kutatók megállapították a test gyulladásos reakciójának növekedését - az emberi test másik válasza a stresszre és a hirtelen környezeti változásokra.
Kognitív teljesítmény
A kognitív funkciók integritása és teljesítése elengedhetetlen az űrhajósok számára, szorosan kapcsolódva az űrmisszió teljesítéséhez. Az űrhajósokat az űrmissziók során rendszeresen tesztelik kognitív funkcióik szempontjából. Nem meglepő, hogy a kognitív funkció értékelése az "Egyéves misszió" előtt, alatt és után a NASA tanulmányának fontos része volt.
Scottot és bátyját, Markot is rendszeresen tesztelték kognitív tesztekből. Az űrmisszió során Scott és Mark Kelly hasonló eredményeket ért el ezeken a teszteken. Az eredmények nem jelezték a kognitív hiány kialakulását az űrmisszió során, éppen ellenkezőleg. A vizsgálatok a kognitív válaszsebesség növekedését mutatták az űrmisszió első hónapjaiban, valamint javultak a térbeli tájékozódás és a motoros pontosság - mindez a környezeti feltételekhez való pozitív alkalmazkodás jele.
Ehelyett a kutatók észlelték a kognitív teljesítmény csökkenését, miután Scott Kelly visszatért a Földre. Ez a visszaesés a megismerés egyes területein még a misszió befejezése után hat hónappal is fennmaradt. A kutatók kijelentették, hogy az űrhajósok visszatérése a Földre egy hosszú űrmisszió után intenzívebb és nehezebb adaptív eljárásokat igényel, mint azt eredetileg gondolták.
A nyaki artéria falának megvastagodása
A kutatók által észlelt másik változás a nyaki artéria falának megvastagodása volt Scott esetében, amelyet a földön maradt ikertestvérében nem regisztráltak. A tudósoknak elmélyíteniük kell a kutatásokat annak megállapításához, hogy az űrrepülés milyen mértékben befolyásolhatja az űrhajósok szív- és érrendszeri egészségét.
A kutatók az ellenséges környezetben töltött idővel összefüggő bizonyos változásokat is megfigyeltek a gének expressziójában, a bél mikrobiomjának szerkezetében bekövetkezett változásokat és a mikrogravitációban eltöltött idővel kapcsolatos adaptív kardiovaszkuláris változásokat. Scott az űrmisszió során testtömegének 7% -át is elveszítette, míg testvére a Földön 4% -os testtömeg-növekedést regisztrált.
Az oltások az űrben is működnek
Érdekes megjegyezni, hogy a test immunválasza nem változott az űrben - mindkét űrhajósnak hasonló immunválasza volt az influenza elleni oltással szemben. Ez az első alkalom, hogy oltást kaptak egy űrhajósnak az űrben, és az immunválasz pozitív volt - jegyzik meg a kutatók.
A vizsgálat fontossága és korlátai
A NASA tanulmánya kihasználta az egyedülálló lehetőséget, hogy elemezze az űrben töltött idő hatását az emberi fiziológiára és megismerésre. Az eredmények azt mutatták, hogy az emberek meglepően jól alkalmazkodnak a környezet drasztikus változásaihoz.
A Scott közel egyéves missziója során tapasztalt fiziológiai változások kismértékűek voltak, rövid és hosszú távú drasztikus egészségügyi hatásokkal nem jártak. Az űrmisszió során bekövetkezett változások többsége megfordult, miután visszatért a Földre. A kognitív teljesítmény csökkenése, miután az űrhajós visszatér a földre, aggasztó lehet, de még ebben az esetben is, bár statisztikailag figyelemre méltóak, a különbségek csekélyek voltak. Összességében, minden szinten: fiziológiai, biológiai, molekuláris és kognitív, Scott szinte kifogástalanul alkalmazkodott ahhoz, hogy nagyon más és nagyon barátságtalan környezetben éljen - a világűrben.
Ebben a kutatásban egyedülálló volt az a lehetőség, hogy tökéletes földi irányítást végezzenek, amellyel a kutatók összehasonlították a biológiai, fiziológiai és molekuláris szinten rögzített változásokat: az űrhajós ikertestvére az űrben maradt.
Két iker űrhajós megtalálása egyedülálló lehetőség az emberi fiziológia tanulmányozására. Eddig Scott és Mark Kelly az egyetlen iker-űrhajós az űrutazás történetében. Voltak más esetek, amikor a missziókban résztvevő űrhajósoknak azonos ikertestvéreik voltak, amire eddig nem volt lehetőség, hogy mindkét testvér űrhajós volt. Ez azt jelenti, hogy mindkettőnek ugyanaz az alapvető fizikai felkészültsége volt, és mindkettő különböző időtartamokat töltött a világűrben a vizsgálat kezdetéig.
Ez a kutatás nagy előnye, de legfőbb korlátja is. Elkerülhetetlen, hogy egy, csak két embert érintő, bármilyen kimerítő tanulmány is korlátozott legyen. Jövőbeni kutatásokra lesz szükség az űrrepülés emberi fiziológiára gyakorolt biológiai, fiziológiai, genetikai és kognitív hatásainak vizsgálatának eredményeinek igazolásához és megerősítéséhez.