Maamerkki NASA Twins -tutkimus paljastaa avaruusmatkojen vaikutukset ihmiskehoon
Vuosi avaruusasemalla vaikuttaa kiistatta koko ihmiskehoon, mutta monet kehon järjestelmät toipuvat palattuaan maan päälle.
Ihmiskehot eivät kehittyneet kellumaan mikrogravitaatiossa tai menestymään avaruuden säteilytasojen alla. Kun NASA: n astronautti Scott Kelly vietti lähes vuoden Kansainvälisellä avaruusasemalla vuonna 2015 käynnistetyssä tehtävässä, hänen ruumiinsa joutui uskomattomaan stressiin: Nesteet turpoavat hänen ylävartalonsa ja päänsä, hänen geeninsä aktivoituvat eri tavoin ja hänen immuunijärjestelmänsä hyppää ylikierrokselle verrattuna hänen identtiseen kaksonsa Mark Kellyyn. Mark on myös lentänyt avaruudessa, mutta hän pysyi maassa tuon pitkän tehtävän aikana. Ajan myötä Scott koki kehon massan pienenemistä, epävakautta genomissaan, turvotusta suurissa verisuonissa, muutoksia silmänmuodossa, aineenvaihdunnan muutoksia, tulehdusta ja muutoksia mikrobiomissaan - sekä hänen outoa pidentymistään. telomeerit , kromosomien päissä olevat suojarakenteet. (Ne lyhenivät jälleen laskeutumisen jälkeen.)
Kymmenen NASA: n kaksosetutkimuksessa työskentelevää tiimiä, joihin kuuluu 12 yliopistoa ja 84 tutkijaa, seurasi kaksikkoa ennen lentoa, lennon aikana ja sen jälkeen seuraten kaksosten biologiaa nähdäkseen, kuinka veljet muuttuivat tutkimuksen aikana. Vaikka tutkimus oli hyvin rajallinen, tutkijat, jotka aikovat lähettää astronautteja pitkille matkoille kuuhun, Marsiin ja sen ulkopuolelle, pitävät näitä tietoja pitkäaikaisesta avaruuslennosta korvaamattomana.
Aiheeseen liittyviä: Numerot: Astronautti Scott Kellyn vuosi-avaruusoperaatio
Scott Kelly suorittaa kognitiivisia testejä kansainvälisellä avaruusasemalla.(Kuva: NASA)
'' Astronautiurani alkuvaiheessa veljeni ja minä olimme tavallaan ihmetelleet sitä - hei, ihmettelen, tekevätkö he koskaan kokeilua meidän kahden kanssa, koska olemme geneettisesti lähes identtisiä '', Scott Kelly kertoi guesswhozoo.comille.
Mutta kaksoset eivät olleet kiinnostuneita vuosien kuluttua siitä, kun kaksoset valittiin astronauteiksi vuonna 1996, koska otoskoko olisi niin pieni-kunnes Scott otti sen uudelleen esiin vuonna 2013 ennen ennätyksellistä avaruusaseman tehtävää, jonka hän jakoi venäläisen kosmonautin kanssa Mihail Kornienko. 'Kun tuli se tosiasia, että aion viettää vuoden avaruudessa, se oli niin ainutlaatuista, että todella ajattelin, että ehkä siinä oli jotain hyötyä ... [ja] käy ilmi, että kiinnostusta oli, kun ihmiset alkoivat puhua siitä . ''
Keskustelu osui massiiviseen kaksosetutkimukseen, jonka yhteenveto julkaistaan kokonaisuudessaan ensimmäistä kertaa ensimmäisten tulosten julkistamisen jälkeen vuonna 2017 ja 2018 . Tämä uusi tietokokoelma, joka on kerätty intensiivisellä ja huolellisella testauksella kiertoradalla ja maapallolla - myös useita kuukausia Scottin laskeutumisen jälkeen - jäljittää kaksosien koko liikeradan ensimmäistä kertaa.
`` Tämä on luultavasti syvin tutkimus, varmasti biokemiallisella tasolla, mitä on koskaan tehty avaruudessa olevilla ihmisillä '', Mike Snyder, Stanfordin yliopiston genetiikan johtaja ja Twins Study -julkaisun julkaisija , sanoi lehdistötilaisuudessa tiistaina (10. huhtikuuta). 'Joten teemme kirjaimellisesti tuhansia mittauksia tasolla, jota ei ole aiemmin tehty. Ja sellaisena saamme nähdä koko järjestelmän kattavan näkemyksen, jota ei todellakaan ole tehty. ''
Kaikkien Twins Study -tutkijoiden integroitu raportti oli julkaistu tänään (11. huhtikuuta) Science -lehdessä.
Geeneissä
Jotkut mielenkiintoisimmista muutoksista tapahtuivat siinä, mitkä avaruusmatkan kaksosen geeneistä ilmenivät. Selvyyden vuoksi tämä ei ole muutoksia itse DNA: ssa - se on muutoksia, joissa geenit aktivoidaan tuottamaan proteiineja, reaktiona kohteen ympäristöön. Tutkijat eivät vertaa Scottin geenejä suoraan Markin geeneihin, vaan pikemminkin dokumentoivat Scottin geeniekspressiossa tapahtuneiden muutosten määrän matkan aikana ja vertasivat niitä siihen, kuinka monta ekspressiomuutosta Mark koki pysyessään maassa.
'Heti kun [Scott] pääsi avaruuteen, tapahtui laajamittainen muutos yli 1000 geenissä, jotka todella muuttuvat dynaamisesti… joten keho ja solut sopeutuivat selvästi', Christopher Mason, Weill Cornell Medical Centerin geneettinen tutkija New York ja tutkimuksen toinen kirjoittaja, sanoi telekonferenssin aikana.
'Näimme rikastumista - aktivoituviin geeneihin kuuluu asioita, jotka säätelevät DNA -vaurioitumisreaktioita, aktivoivat DNA: n korjaamista [ja] ylläpitävät telomeeripituuksia', hän lisäsi, ja myös etenkin rikastunein geenisarja [ ] lähes kaikki osallistuvat immuunijärjestelmän säätelyyn, mikä osoitti meille, että immuunijärjestelmä on melkein korkeassa valmiudessa keinona yrittää ymmärtää tätä uutta ympäristöä. '
Mason lisäsi, että yhä useammat geenit alkoivat muuttaa aktiivisuustasoa - jopa kuusi kertaa enemmän - avaruusoperaation jälkipuoliskolla verrattuna ensimmäiseen.
Tarkastelemalla tarkasti epigenetiikka tai muutokset DNA: n fyysisessä rakenteessa, joka muuttaa molempien kaksosten geeniekspressiota (ei taaskaan muutoksia itse DNA -kirjaimiin), tutkijat näkivät samanlaisen muutoksen tason kussakin. Itse asiassa Mark osoitti hieman korkeampia tasoja, tutkijat sanoivat. (Hänen kaoottisempi elämänsä maan päällä - matkoilla, muuttuvilla ympäristöillä ja muuttuvilla ruoilla ja juomilla - olisi voinut olla rooli, he lisäsivät.)
Mutta yksittäiset geenit, jotka ilmenivät enemmän tai vähemmän, olivat Scottille yhdenmukaisia hänen tekemiensä muutosten kanssa: 'asiat, jotka liittyvät telomeerien pituuteen, tulehdukseen, immuunivasteeseen ja luiden toimintaan', johtaja Andrew Feinberg Johns Hopkinsin yliopiston epigenetiikan keskuksesta ja tutkimuksen toinen kirjoittaja, sanoi puhelinkonferenssin aikana.
Tutkijat mitasivat myös uteliaita asioita: Monet Scottin kromosomien suojakorkit, joita kutsutaan telomeereiksi, pidentyivät lennon aikana mitattuna verestä, joka lähetettiin takaisin Maahan analysoitavaksi - vaikka hänen solujensa telomeerit palasivat suunnilleen samaan keskipituuteen, jotkut hieman lyhyemmät, kun hän palasi maahan.
'Telomeerit [ovat] kromosomiemme päät, jotka lyhenevät vanhetessaan', Susan Bailey, tutkija Coloradon osavaltion yliopistosta ja uuden työn tekijä, sanoi puhelinkonferenssin aikana. 'Ja ne voivat toimia biomarkkerina nopeutetulle ikääntymiselle tai joillekin siihen liittyvistä terveysriskeistä, kuten sydän- ja verisuonitaudeista tai syövästä. Joten varmasti kuvittelimme tutkimukseen mennessään, että ainutlaatuiset jännitykset ja äärimmäiset ympäristöaltistukset, kuten avaruussäteily ja mikrogravitaatio, kaikki nämä asiat nopeuttaisivat telomereiden häviämistä. ''
Ymmärtääkseen niiden epätavallisen pidentymisen ja nopean lyhenemisen uudelleen kahden päivän kuluessa laskeutumisesta maan päälle Bailey sanoi etsivänsä muiden tutkijoiden työtä, mukaan lukien geenien ilmentymistä ja muita fysiologisia muutoksia koskeva työ mahdollisia syitä varten. Mutta hän varoitti: 'En usko, että [venymää] voidaan todella pitää nuoruuden lähteenä ja että ihmiset saattavat odottaa elävänsä pidempään, koska he ovat avaruudessa.' Itse asiassa telomeerien yleinen lievä lyheneminen Scottin laskeutumisen jälkeen on pikemminkin pitkän aikavälin seuraus avaruuslennosta, koska lyhyemmät telomeerit voivat olla ikääntymiseen liittyvien sairauksien riskitekijöitä.
Bailey ja muut tutkijat havaitsivat myös DNA-vaurioita, mukaan lukien kromosomien uudelleenjärjestelyt, joita kutsutaan käänteisiksi, sekä kohonnut DNA-korjausvaste. Vaikka kansainvälisellä avaruusasemalla ei ole yhtä paljon säteilyä kuin syvässä avaruudessa - se on edelleen maapallon suojaavilla Van Allen -säteilyvyöillä, jotka ohjaavat energiahiukkasia - se saa korkeamman määrän verrattuna maahan. Säteilyaltistuksen aiheuttamat DNA -vauriot todennäköisesti lisääntyisivät astronauteille, jotka lähtivät matalan Maan kiertoradan ulkopuolelle; Marsiin matkustavat astronautit kokisivat noin kahdeksankertaisen säteilyn kuin Scott.
Aiheeseen liittyviä: Kansainvälinen avaruusasema: sisälle ja ulos (infografia)
Scott ja Mark Kelly lehdistötilaisuudessa vuonna 2015 ennen Scottin lähes vuoden pituista oleskelua kansainvälisellä avaruusasemalla. Tutkijat seurasivat huolellisesti molempia kaksosia tehtävän aikana ja sen jälkeen tarkkailemaan, kuinka Scottin keho ja kyvyt muuttuivat avaruuslennon vuoksi.(Kuva: NASA/Robert Markowitz)
Takaisin
Tutkijat totesivat, että monet Scottin kokemat vaikutukset, mukaan lukien 91,3% hänen geeniaktiivisuutensa muutoksista, palasivat normaaliksi kuuden kuukauden kuluessa paluustaan Maahan. Hänen immuunivasteensa (influenssarokotetta vastaan) pysyi normaalina koko lennon ajan, vaikka järjestelmälle aiheutui lisää stressiä; hänen avaruussuuntautumisensa ja moottorin tarkkuutensa, jotka heittivät pois avaruudessa olonsa, palasi normaaliksi, samoin kuin ruumiinmassa.
Mikrobien suhde Scottin suolistossa, jota kutsutaan mikrobiomiksi, muuttui lennon aikana, mutta palasi normaaliksi paluunsa jälkeen, ja sen monimuotoisuus pysyi vakiona. (Kyllä, tämän seuraamiseksi hänen täytyi lähettää säännöllisiä ulosteenäytteitä alas avaruusasemalta.)
Scottin mukaan hän tunsi takaisin 100 prosenttiin noin kahdeksan kuukauden kotona olon jälkeen, mikä oli pidempi kuin hänen aiemmilla avaruuslennoillaan.
'Sanoisin subjektiivisesti minulle, että aika avaruudessa kulkee hyvin oireiden kanssa palatessaan, kun olen lentänyt pitkiä lentoja koko urani ajan: seitsemän päivää; 13; 159 ja 340, Scott kertoi guesswhozoo.comille. 'Olin todella yllättynyt siitä, että minusta tuntui - olin avaruudessa yli kaksi kertaa pidempi [kuin viimeksi] - minusta tuntui yli kaksi kertaa huonommalta, kun palasin.'
Kaiken kaikkiaan hänen suurin esteensä lennon jälkeen saattoi kuitenkin olla psykologinen, Scott sanoi: '' Olet kokenut tämän merkittävän tapahtuman, jossa asut todella kontrolloidussa ympäristössä todella pitkään, ja sitten sinulla ei ole sitä enää . Sopeutuminen takaisin - ei vain fyysisesti sopeutunut, vaan yleensä sopeutunut elämään takaisin maan päällä - näytti kestävän noin kahdeksan kuukautta. ''
Mennä eteenpäin
Tietenkin tulevien avaruusmatkailijoiden on myös taisteltava pitkäkestoisempien vaikutusten kanssa, jotka tutkijat havaitsivat-säteilyaltistuksen aiheuttamat viivästyneet DNA-vauriot. Muutokset, jotka johtuvat pitkäaikaisista nesteiden muutoksista mikrogravitaation vuoksi, johtivat myös kaulavaltimoiden paksuuntumiseen, jotka toimittavat verta aivoihin, mikä voi olla merkki sydänsairauksista. Sama nesteen muutos aiheutti muutoksia silmän muotoon ja muita ongelmia, jotka vahingoittivat Scottin näköä. Tutkijat seuraavat myös geenejä, joilla on edelleen eroja aktivoitumisessa, kuten jotkut liittyvät DNA: n korjaamiseen.
Scott osoitti myös kognitiivisen nopeuden ja tarkkuuden heikkenemisen kuusi kuukautta sen jälkeen, kun hän palasi Maahan. Ja soluissa saattaa olla lisääntynyt sydänsairauksien ja joidenkin syöpien riski, joka päättyi lyhentyneisiin telomeereihin.
Monet näistä muutoksista ovat merkittävämpiä pidemmille lennoille tai matkoille, jotka matkustavat matalan maan kiertoradan ulkopuolella. Joten tutkijat toivovat voivansa tehdä enemmän vuoden mittaisia tutkimuksia useammilla yksilöillä, sekä matalalla maapallon kiertoradalla, kuun ympärillä ja jonain päivänä kauemmas, jatkaa näiden muutosten seuraamista. Tutkijat korostivat, että tekniikka on muuttunut Scottin tehtävän jälkeen; Nyt astronautti on sekvensoinut DNA: n avaruudessa, ja uusi tekniikka on tullut esiin myös epigenetiikan analysoimiseksi lennossa, tutkijat sanoivat. Kaikki nämä työkalut voivat parantaa tulevia opintoja.
- Tarkoitan, että olen geneetikko. Toivon, että jokaisella ihmisellä olisi kaksoset, jotka tekisivät aina jotain erilaista ja että seurasimme heitä aina, mutta en usko, että saisimme IRB: n hyväksynnän kaikkien kopioimiseksi, Mason vitsaili ihanteellisesta tutkimuksestaan.
'' Kaksosetutkimus on merkittävä ensimmäinen askel uusien tutkimusmenetelmien käyttämisessä ymmärtääksemme paremmin planeettojen välisiä tehtäviä suorittavien miehistön jäsenten haasteet '', NASAn Human Research Program -ohjelman johtaja Bill Paloski totesi Scienceille annetussa lausunnossa. '' Tulokset ovat yhdenmukaisia aiempien tietojen ja havaintojen kanssa, jotka on tehty venäläisten avaruusajoneuvojen pitkäaikaisista tehtävistä. ''
'' NASA: n inhimillisessä tutkimusohjelmassa aiomme jatkaa tätä tutkimuslinjaa tulevina vuosina, myös avaruusasemalla integroidun yhden vuoden tehtäväprojektin aikana. kehitteillä ,' hän lisäsi.
Scottin näkökulmasta astronautina tutkimuksen tulokset ovat lupaavia, hän kertoi guesswhozoo.comille. 'Lopputulos on kaikista näistä tutkimuksista - ja myönnetty, tämä on kokeilu yhdellä datapisteellä ... olisi se, että emme nähneet mitään, mikä estäisi meitä menemästä Marsiin', hän sanoi.
`` Varmasti on joitain asioita, joita he aikovat tarkastella jatkossakin - geenien ilmentymistä, telomeerejä ja muita astronauttien näkökysymyksiä '', hän lisäsi, `` mutta ei esityksiä, jotka hyppäsivät ketään kohtaan. ''
Scott sanoi, että hänen kokemuksensa perusteella hän uskoo, että Marsille matkustamiseen tarvittavat aika -asteikot olisivat astronautille mahdollisia. Mutta vielä pidemmille lennoille uusi tekniikka voi olla tarpeen, hän sanoi.
`` Luulen, että kun aiomme viettää monia vuosia avaruudessa, meidän on luultavasti harkittava jonkinlaista keinotekoista painovoimaa lievittääkseen joitakin haitallisia vaikutuksia, jotka aiheutuvat elämisestä tässä ympäristössä pitkään '', Scott sanoi. 'Muuten sinulla on ihmisiä, jotka pääsevät Jupiterin tai Saturnuksen kuille eivätkä pysty toimimaan kunnolla tai palaavat maan päälle 10 vuoden kuluttua avaruudessa ja ovat täydellisiä korikoteloita.
'Mutta luulen, että meidän ei tarvitse huolehtia siitä lähiaikoina', hän lisäsi.
- Astronautti Scott Kelly on kotoisin yhden vuoden tehtävästä, mutta tiede jatkuu
- 'Ääretön ihme': Scott Kelly Documents Yearsong Space Mission with New Photobook
- Avaruusstressi: Kuinka yhden vuoden tehtävä opiskelee astronautin terveyttä
Lähetä sähköpostia Sarah Lewinille osoitteessa slewin@guesswhozoo.com tai seuraa häntä @SarahExplains . Seuraa meitä Twitterissä @Spacedotcom ja päälle Facebook .