Космічне життя - що відбувається у вашому тілі через рік на Космічній станції - Mindcraft Stories
Два однояйцеві брати-близнюки, обидва космонавти, переслідуються більше двох років. Один відправляється на однорічну місію в космос, інший залишається на землі.
Справа не в сценарії останнього голлівудського блокбастера. Такі результати масштабних досліджень НАСА під час космічної місії, яка тривала рік. Першим, хто здійснив подорож у космос, був російський космонавт Юрій Гагарін, 12 квітня 1961 р. З тих пір у космос полетіло 559 людей. Однак тривалі космічні місії (космічна місія вважається довгостроковою, якщо вона становить понад 300 днів, проведених у космосі) дуже рідкісні. Лише вісім космонавтів брали участь у місіях довше 300 днів, і лише чотири з них провели рік і більше в космосі під час однієї місії.
Тому однорічна космічна місія представляла особливо важливу можливість для американських дослідників вивчати та аналізувати вплив тривалих періодів часу, проведених у фізичних умовах, дуже відмінних від тих, що були на Землі, на фізіологію людини, фізичний стан та психічна природа космонавтів.
Як це впливає на нас тривалі періоди часу, проведеного в космічному просторі?
Так звана "однорічна місія" проходила в період з березня 2015 року по березень 2016 року, будучи експедицією в рамках російсько-американського партнерства. Метою цієї місії був збір даних про довгострокові наслідки тривалих періодів, проведених у космосі, на фізичне та психічне здоров’я космонавтів. Кожна з двох держав призначила космонавта провести рік - точніше 340 днів - на борту Міжнародної космічної станції (МКС). Росіяни обрали Михайла Корнієнка, а американці Скотта Келлі.
Однак паралельно NASA провело додатковий аналіз. У космонавта Скотта Келлі, якого обрали для участі в "Місії на один рік", є ідентичний брат-близнюк Марк Келлі, який на той час також був космонавтом. Цей збіг робить братів Келлі ідеальними кандидатами для дослідження, проведеного паралельно з "Місією на один рік".
Так воно народилося Дослідження близнюків НАСА, велике дослідження того, як час, проведений у космосі, впливає на організм людини в найдрібніших деталях. Скотт Келлі був предметом аналізу, він провів рік на борту Космічної станції. Його брат-близнюк, Марк Келлі, залишився на землі, представляючи ідеальну контрольну групу. Будучи монозиготними близнюками, два брати генетично ідентичні. Таким чином, NASA змогло вивчити та проаналізувати до найдрібніших деталей вплив часу, проведеного в космосі на організм людини.
Широке дослідження NASA об’єднало та об’єднало десять різних груп дослідників з восьми штатів. Загалом 84 дослідники досліджували будь-які біологічні зміни, хоч і тонкі, які зазнав Скотт Келлі у своїй довгій космічній місії - від фізіологічної та когнітивної до генетичної та молекулярної.
Зараз, майже через три роки після закінчення "однорічної місії", остаточні результати досліджень NASA над двома космонавтами-близнюками були опубліковані в журналі Science. Стаття супроводжується редакційною статтею на цю ж тему, а обкладинка квітневого номера журналу Science також присвячена двом космонавтам.
У той час, коли людство розглядає більш тривалі космічні місії, результати дослідження НАСА є цінними інструментами для кращого розуміння того, як на людський організм впливає тривале життя в космосі.
Методологія дослідження
Скотт і Марк Келлі - однояйцеві близнюки - генетично ідентичні - і обидва астронавти НАСА. На момент дослідження їм було 50 років.
Досі Скотт провів у відкритому космосі 180 днів. До відбору на «Місію на один рік» він пробув на місцях чотири роки. Його брат Марк провів у космосі 54 дні і, як і його брат, на той час, коли почалося дослідження, не літав у космосі майже чотири роки.
Дослідження NASA тривало загалом 25 місяців. Це включало період до космічної місії, рік, проведений Скоттом на борту SSI і Марка на землі, і значний проміжок часу після повернення Скотта на землю. Протягом цього часу два брати дотримувались суворих протоколів, брали участь у фізичних та когнітивних тестах та надавали зразки біологічних матеріалів для порівняльного вивчення.
Серед іншого, у році, проведеному на борту Космічної станції, Скотт Келлі зібрав власну кров для аналізу та отримав вакцину проти грипу. Вчені NASA хотіли дізнатися, чи змінюється імунна реакція організму під час космічних подорожей. На Землі його брат пройшов той самий протокол і той самий графік тестів та щеплень, представляючи контрольну групу.
На борту космічної станції Скотт збирав і відкладав для аналізу зразки крові та плазми, слини, шкіри та сечі та проводив періодичні когнітивні та оптичні тести. Багато зразків Скотта, зібраних у космосі, зберігали при -80 ° C та аналізували після повернення на Землю. Це пов’язано з тим, що відправлення біологічних зразків на борту SSI на Землю за допомогою човників, які періодично забезпечують космічну станцію, передбачає подорож понад 45 годин через атмосферу Землі у складних умовах, що змінює зразки (вони схильні до екстремальних температурних змін і вібрацій). висока частота, що може призвести до неминучих змін біологічного матеріалу).
Епігенетика або "природа проти навколишнього середовища"
Важливим аспектом цього великого дослідження був аналіз двох братів з епігенетичної точки зору. Епігенетика - це розділ генетики, який вивчає зміну фенотипових ознак залежно від аспектів навколишнього середовища. Дослідники NASA хотіли проаналізувати, як змінюється поведінка генів у космосі, а отже, як впливає на те, як клітини людського тіла кодують ці гени.
Космічний простір - це зовсім інше середовище від того, в якому живе більшість людей на Землі. Від впливу радіації та мікрогравітації до часу, проведеного ізольовано та в дуже обмеженому просторі, під час космічних місій астронавти змушені адаптуватися до життя в зовсім іншому середовищі. Для дослідників важливо відзначити та проаналізувати, як легко змінюється людський організм, щоб адаптуватися до цього іншого середовища. Важливо також зазначити, скільки змін, що відбулися за час перебування в космосі, є постійними і в якій мірі людське тіло "повертається до норми" після повернення на Землю.
Які залишкові наслідки часу, проведеного в космічному просторі? Щоб відповісти на це запитання, дослідники НАСА хотіли отримати біологічну інформацію на початку дослідження - до польоту - під час космічної місії та після її завершення, щоб проаналізувати зміни у фізіології двох космонавтів з часом.
Які зміни відбуваються в організмі людини в космічному просторі?
Результати дослідження, проведеного НАСА, показали, що щонайменше на десять фізіологічних процесів певним чином впливали під час космічних подорожей. Серед змін, які відзначають дослідники, є: зміни маси тіла та складу мікробіомів, серцево-судинні зміни, адаптація очей, когнітивні зміни, зміни довжини теломер та транскрипції деяких генів (епігенетичні зміни).
Деякі з цих зазначених змін підтвердили результати подібних досліджень, які розглядали, як на здоров'я астронавтів впливає час перебування в космосі. Інші були новими відкриттями, які доведеться підтвердити майбутніми дослідженнями.
Слід також зазначити, що значна частина змін, що відбулися, була скасована з поверненням астронавта на землю. Однак інші були постійними або відчували свою присутність після повернення на Землю. Візьмемо їх по одному:
Зміни довжини теломер
Однією з найцікавіших змін, яку відзначили дослідники, стала зміна довжини теломер космонавта в космосі. Теломери - це «кінці» хромосом, ділянки повторюваної ДНК, що захищають цілісність хромосоми. Якщо хромосоми є плетеними струнами, струнами, теломери можуть бути візуально представлені у вигляді ручок або вузликових кінців струни, які захищають струну і не дозволяють їй розв’язуватися. Довжина теломерів була пов’язана з фактичним віком тіла. Це пов’язано з тим, що з кожним поділом клітини теломери вкорочуються. Отже, укорочення теломер є ознакою старіння клітин і тканин і може спричинити дегенеративні захворювання.
Але дослідники не помітили скорочення довжини теломер у просторі, а їх подовження. Відкриття було тим цікавішим, оскільки після повернення Скотта на землю більшість теломер швидко зазнали скорочення (менш ніж за 48 годин, зазначають автори дослідження).
Дослідники висунули теорію, що фізичний стрес, спричинений поверненням астронавта на землю, призвів до швидкого укорочення теломер. Паралельно з цим дослідники відзначають збільшення запальної реакції організму - ще одну реакцію людського організму на стрес і раптові зміни навколишнього середовища.
Когнітивна продуктивність
Цілісність та виконання когнітивних функцій є надзвичайно важливими для космонавтів, оскільки вони тісно пов’язані з виконанням космічної місії. Під час космічних місій космонавти періодично перевіряються на когнітивні функції. Не дивно, що оцінка когнітивних функцій до, під час та після завершення "Місії на один рік" була важливою частиною дослідження НАСА.
І Скотт, і його брат Марк періодично тестувались на базі когнітивних тестів. Протягом всієї космічної місії Скотт і Марк Келлі мали подібні результати на цих випробуваннях. Результати не вказували на початок когнітивного дефіциту під час космічної місії, навпаки. Тести показали збільшення швидкості когнітивної реакції в перші місяці космічної місії, а також покращення просторової орієнтації та моторної точності - всі ознаки позитивної адаптації до умов навколишнього середовища.
Натомість дослідники відзначили зниження когнітивних можливостей після повернення Скотта Келлі на Землю. Цей спад зберігався в деяких сферах пізнання навіть через шість місяців після закінчення місії. Дослідники встановили, що повернення астронавтів на Землю після тривалої космічної місії передбачає більш інтенсивні та складні адаптаційні процедури, ніж вважалося спочатку.
Потовщення стінки сонної артерії
Ще однією зміною, яку помітили дослідники, було потовщення стінки сонної артерії у випадку Скотта, зміни, яка не була зафіксована у його брата-близнюка, який залишився на землі. Вченим доведеться поглибити дослідження, щоб визначити, якою мірою космічний політ може вплинути на серцево-судинне здоров’я космонавтів.
Дослідники також спостерігали певні зміни в експресії генів, пов'язані з часом, проведеним у ворожому середовищі, зміни в структурі мікробіома кишечника та адаптаційні серцево-судинні зміни, пов'язані з часом, проведеним в мікрогравітації. Скотт також втратив 7% маси тіла під час космічної місії, тоді як його брат на Землі зафіксував збільшення маси тіла на 4%.
Вакцини також діють у космосі
Цікаво відзначити, що імунна відповідь організму в космосі не зазнала змін - обидва астронавти мали подібну імунну відповідь на вакцину проти грипу. Це перший випуск вакцини космонавту в космосі, і імунна відповідь була позитивною, відзначають дослідники.
Важливість та обмеження дослідження
Дослідження NASA скористалося унікальною можливістю проаналізувати вплив часу, проведеного в космосі, на фізіологію та пізнання людини. Результати показали, що люди напрочуд добре адаптуються до різких змін у навколишньому середовищі.
Фізіологічні зміни, які Скотт зазнав під час своєї майже однорічної місії, були незначними, без різких наслідків для здоров'я, як короткострокових, так і довгострокових. Крім того, більшість змін під час космічної місії були скасовані після повернення на Землю. Зниження когнітивних можливостей після повернення космонавта на землю може викликати занепокоєння, але навіть у цьому випадку відмінності, хоча і статистично помітні, були незначними. Загалом, на всіх рівнях: фізіологічному, біологічному, молекулярному та когнітивному, Скотт майже бездоганно пристосувався до життя в зовсім іншому і дуже недружньому середовищі - космічному просторі.
Унікальним у цьому дослідженні була можливість мати ідеальну партію наземного контролю, з якою дослідники порівняли зміни, зафіксовані на біологічному, фізіологічному та молекулярному рівнях: брат-близнюк космонавта, який залишився в космосі.
Знайти двох космонавтів-близнюків - це унікальна можливість для вивчення фізіології людини. Поки що Скотт і Марк Келлі - єдині астронавти-близнюки в історії космічних подорожей. Були й інші випадки, коли астронавти, які брали участь у місіях, мали однояйцевих братів-близнюків, чого досі не зустрічали, що обидва брати були космонавтами. Це означає, що вони обидва мали однакову базову фізичну підготовку і обидва проводили різні періоди часу в космічному просторі до початку дослідження.
У цьому полягає велика перевага цього дослідження, але також його основне обмеження. Неминуче дослідження, в якому брали участь лише двоє людей, хоч і вичерпним, було обмеженим. Подальші дослідження будуть потрібні для перевірки та підтвердження результатів цього дослідження щодо біологічних, фізіологічних, генетичних та когнітивних наслідків космічного польоту на фізіологію людини.