Проучването на НАСА отчита физиологични и поведенчески резултати, които биха могли да оформят бъдещи космически мисии

астронавт

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.sciachingamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text =" Регистрация "data-newsletterpromo_art button-link = "https://www.sciachingamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

При знаково проучване учените от НАСА проведоха изчерпателни тестове на Скот Кели по време на изтощителното му 342-дневно турне на борда на Международната космическа станция през 2015–2016 г. И те едновременно наблюдаваха неговия идентичен брат близнак Марк (пенсиониран астронавт, който по това време беше на Земята), надявайки се, че сравнението ще разкрие нова информация за ефектите от дългосрочния космически полет върху човешкото тяло.

Резултатите от изследването на близнаците на НАСА, съобщено в четвъртък в Science, показват, че Скот Кели е претърпял редица физиологични промени - повечето от които са се върнали в предиполетен статус, след като се е върнал на Земята. Констатациите могат да помогнат за информирането на подготовката за бъдещи дългосрочни мисии, като пътуване до Марс или престой на лунна орбитална космическа станция.

Изследването е първото, което включва както поведенчески анализ, така и физиология, за да изследва как влияе космоса на човек, и първото, което събира две години такива изчерпателни здравни данни за човек на средна възраст, обвързан със Земята, казва съавторът Бринда Рана, молекулярен генетик в Калифорнийския университет, Сан Диего.

„[Това е] науката в най-добрия си смисъл, в много отношения, тъй като използва нещо, което се среща в природата, за да се опита да разбере причинно-следствената връзка“, казва поведенческият генетик С. Александра Бърт, която ръководи съвместно регистъра на близнаците на държавния университет в Мичиган и беше не участва в проучването. „Мисля, че това беше уникално събитие и те се възползваха прекрасно от него.“

Кели казва, че първоначално е предложил проучването, докато се е подготвял за мисията на МКС. „Казах:„ Хей, ако някой попита за планирани проучвания с брат ми Марк и аз, тъй като сме еднояйчни близнаци, има ли интерес към това? “, Казва той. Първоначално той получи отказ, но казва, че учените от НАСА в крайна сметка са разговаряли с няколко университета „и те разбраха, че всъщност има голям интерес“. Проучването на близнаците беше направо.

В продължение на близо две години и двамата братя предоставиха проби от урина, изпражнения и кръв, които изследователите използваха за 10 отделни изследвания, включващи молекулярните, физиологичните и когнитивните ефекти на дългосрочния космически полет. От съществено значение беше тясната координация между много разследващи. „НАСА събра 10 следователи от цялата страна - повечето от които не се познаваха - и ни настани в стая и ни накара всички да си сътрудничим и да станем сплотен екип, който да изпълни тази мисия“, казва Рана. Присъщите трудности при събирането на такива екземпляри от астронавт на борда на МКС означават, че следователите трябва да работят с относително оскъден материал. „Трябваше да измислим протоколи, при които всички да можем да направим проучванията си ефективно с една проба“, казва Рана. Изследването също така подтикна изследователите да въведат нови методи за изучаване на физиологията и генетиката в космоса. „Помогна ни да стимулираме технологията да правим този вид експерименти не само за ниска околоземна орбита, но и за бъдещи дейности [като] изследователски мисии“, казва съавторът Стюарт Лий, кардиоваскуларен учен в KBRwyle.

Кели трябваше да изтегли собствената си кръв и да събере собствената си урина и изпражнения. „Със сигурност е по-сложно да пикаеш в торба в космоса, защото всичко плава“, отбелязва той. „Но най-важното е, че отнема време. Астронавтите понякога се чувстват почти подсъзнателно, опитвайки се да не бъдат толкова хидратирани в дните за събиране на урина поради времето, необходимо за пикаене. " Това беше отразено в резултатите: изследователите установиха, че Кели е постоянно леко дехидратирана, често срещано явление сред астронавтите на дългосрочни мисии - и всъщност учените отдават това на раздразнението на астронавтите от сложната бордова тоалетна.

Проучването установи, че Кели е била в почти постоянен физиологичен стрес, докато е била в полет. Имунната му система беше в повишена готовност; той е имал промени в експресията на ДНК; каротидната му артерия се разтегна. Той също така е развил „свързания с космически полет невро-очен синдром“ или SANS - състояние, което включва промени в очите му и за което причината е слабо разбрана. И кръвта му, вече не привличана от гравитацията към краката му, се събираше в главата му. „В началото е най-лошото“, казва Кели. „Вашето тяло се приспособява към него с течение на времето, но според моя опит никога не се адаптира напълно. Винаги съм чувствал натиск в главата си. ”

Докато бяха в полет, теломерите на Кели - защитните последователности на повтарящи се нуклеотиди, които „покриват“ краищата на всяка хромозома като аглети на връзката на обувката - се удължиха. „Това със сигурност беше изненада, тъй като в проучването бяхме предложили точно обратното“, казва Сюзън Бейли, биолог от Държавния университет в Колорадо, който е ръководил изследването на теломерите на изследването. Теломерите се съкращават с напредването на възрастта и ензимът, наречен теломераза, ги възстановява и удължава. Астронавтите са изложени на екстремни стресове от микрогравитация, изолация и радиация, които трябва да допринесат за съкращаването на теломерите, казва Бейли. Тя подозира, че силно регламентираната програма за диета и упражнения на Кели на борда на МКС може да е допринесла за удължаването - или че явлението може да показва, че популацията на клетките му се е променила по време на космически полет. „Занапред мисля, че ще се опитаме да включим тези крайни точки на теломерите в някои от стандартните измервания, които те правят на астронавтите, за да можем всъщност да се обърнем директно към този въпрос“, казва тя.

След като Кели се завърна на Земята, повечето физиологични, генни експресии и други промени се нормализираха за около шест месеца. Но все пак имаше период на приспособяване. „Когато се върнете на Земята, цялата кръв просто иска да се обедини в краката ви“, казва той. „Това продължи за мен седмици.“ Той също така развива обриви и копривна треска, когато кожата му, която не е свикнала с гравитацията, оказва натиск върху нея. Дори облягането на маса предизвика реакция. Но в крайна сметка той се пренастрои, надежден знак, че може да има малка трайна опасност за здравето на астронавтите след дълги периоди в космоса. Въпреки това е важно да се отбележи, че пътуването до Марс или други проучвания на дълги разстояния представляват допълнителна грижа: радиацията. Астронавтите на борда на МКС все още са донякъде защитени от космическите лъчи от магнитния щит на Земята; мисия на Марс ще ги изложи на галактическа радиация на много по-високи нива, казва Лий.

Авторите на изследването предупреждават, че предвид изключително малкия размер на извадката е „невъзможно да се припише причинно-следствена връзка“. Те пишат, че изследването трябва да бъде „генериращо хипотези и определящо рамката“, като бъдещите изследвания върху астронавтите допълват работата. „Това е всичко вярно“, казва Бърт. Но тя добавя, че наличието на генетично идентичен обект на Земята позволява да се приеме причинно-следствената връзка много по-силно, отколкото изследването би могло да има. Кели се съгласява: „Разбира се, това е експеримент с n на един“, казва той. „Но те не видяха нищо, което да ни попречи да отидем на Марс. Въпреки това, добавя той, „ако ще излезем отвъд Марс“ - изисквайки астронавтите да останат в микрогравитация години наред - „ще трябва да започнем да мислим за изкуствената гравитация“.