in een landmark studie, NASA wetenschappers uitgevoerd uitputtende tests op Scott Kelly tijdens zijn afmattende 342-daagse tour aan boord van het International Space Station in 2015-2016. En ze volgden tegelijkertijd zijn identieke tweelingbroer Mark (een gepensioneerde astronaut die op dat moment op aarde was), in de hoop dat de vergelijking nieuwe informatie zou onthullen over de effecten van lange termijn ruimtevaart op het menselijk lichaam.,de resultaten van de NASA Twins Study, die donderdag in Science werd gepubliceerd, tonen aan dat Scott Kelly een aantal fysiologische veranderingen onderging—waarvan de meeste terugkeerden naar de status van voor de vlucht nadat hij op aarde was teruggekeerd. De bevindingen kunnen helpen bij de voorbereidingen voor toekomstige lange termijn missies, zoals reizen naar Mars of stints op een maan-Baan ruimtestation.,
de studie was de eerste die zowel gedragsanalyse als fysiologie integreerde om te onderzoeken hoe ruimte een persoon beïnvloedt, en de eerste die twee jaar van dergelijke uitgebreide gezondheidsgegevens verzamelde over een mens van middelbare leeftijd, zegt coauteur Brinda Rana, een moleculaire geneticus aan de Universiteit van Californië, San Diego.
“wetenschap op zijn best, in veel opzichten, omdat het gebruik maakt van iets dat van nature voorkomt om causaliteit te proberen te begrijpen,” zegt behavioral geneticist S., Alexandra Burt, die mede-directeur van de Michigan State University Twin Registry en was niet betrokken bij de studie. “Ik denk dat dit een uniek evenement was en ze hebben er prachtig op geprofiteerd.”
Kelly zegt dat hij de studie aanvankelijk voorstelde tijdens de voorbereiding van de ISS-missie. “Ik zei, ‘Hey, als iemand vraagt naar een studie gepland met mijn broer Mark en ik, omdat we een eeneiige tweeling, is er enige interesse in dat?”zegt hij. Hij werd aanvankelijk afgewezen, maar hij zegt NASA wetenschappers uiteindelijk sprak met verschillende universiteiten ” en ze ontdekten dat er eigenlijk was veel interesse.,”De tweeling studie was een go.gedurende bijna twee jaar leverden beide broers urine -, ontlasting-en bloedmonsters, die onderzoekers gebruikten voor tien afzonderlijke onderzoeken waarbij de moleculaire, fysiologische en cognitieve effecten van lange termijn ruimtevaart werden onderzocht. Nauwe coördinatie tussen de vele onderzoekers was essentieel. “NASA kreeg 10 onderzoekers uit het hele land—waarvan de meesten elkaar niet kenden-en zette ons in een kamer en kreeg ons om allemaal samen te werken en uitgegroeid tot een samenhangend team om deze missie uit te voeren,” Rana zegt., De inherente moeilijkheden van het verzamelen van dergelijke monsters van een astronaut aan boord van het ISS betekende dat de onderzoekers moesten werken met relatief weinig materiaal. “We moesten protocollen bedenken waarbij we allemaal onze studies effectief konden doen met één sample”, zegt Rana. De studie spoorde onderzoekers ook aan om nieuwe methoden voor het bestuderen van fysiologie en genetica in de ruimte te innoveren. “Het heeft ons geholpen bij het aandrijven van technologie om dit soort experimenten niet alleen te doen voor low-Earth orbit, maar voor toekomstige activiteiten exploratiemissies,” zegt coauteur Stuart Lee, een cardiovasculaire wetenschapper bij KBRwyle.,Kelly moest zijn eigen bloed afnemen en zijn eigen urine en ontlasting verzamelen. “Het is zeker ingewikkelder om in een zak in de ruimte te plassen, want alles drijft,” merkt hij op. “Maar het belangrijkste is dat het tijd kost. Astronauten vinden zichzelf soms bijna onbewust proberen niet zo gehydrateerd op urine collectie dagen vanwege de tijd die nodig is om te plassen.,”Dit werd weerspiegeld in de resultaten: onderzoekers vonden Kelly was consequent mild uitgedroogd, een veel voorkomend fenomeen onder astronauten op lange termijn missies-en wetenschappers schrijven dit in feite toe aan de ergernis van astronauten met de ingewikkelde toilet aan boord.
uit het onderzoek bleek dat Kelly tijdens de vlucht onder bijna constante fysiologische stress stond. Z ’n immuunsysteem was alert.z’ n DNA-expressie veranderde. z ‘ n halsslagader werd opgezwollen., Hij ontwikkelde ook “spaceflight-associated neuro-ocular syndrome,” of SANS-een aandoening die veranderingen in zijn ogen impliceert, en waarvoor de oorzaak slecht wordt begrepen. En zijn bloed, niet langer aangetrokken door zijn benen door de zwaartekracht, verzamelde zich in zijn hoofd. “In het begin is het het ergste”, zegt Kelly. “Je lichaam past zich er na verloop van tijd aan aan, maar in mijn ervaring past het zich nooit volledig aan. Ik voelde altijd druk in mijn hoofd.”
tijdens de vlucht, Kelly ’s telomeren—de beschermende sequenties van herhalende nucleotiden die” cap ” de uiteinden van elk chromosoom als aglets op een schoenveter—groeide langer., “Dat was zeker een verrassing, omdat we in de studie die we hadden voorgesteld precies het tegenovergestelde,” zegt Susan Bailey,een bioloog aan de Colorado State University die de studie telomere onderzoek geleid. Telomeren verkorten naarmate we ouder worden, en een enzym genaamd telomerase repareert en verlengt ze. Astronauten worden blootgesteld aan extreme stress van microzwaartekracht, isolatie en straling die moeten bijdragen aan telomere verkorting, Bailey zegt., Ze vermoedt dat Kelly ‘ s zeer gedisciplineerde dieet en lichaamsbeweging programma aan boord van het ISS kan hebben bijgedragen aan de verlenging—of dat het fenomeen kan aangeven dat zijn celpopulatie veranderde tijdens de ruimtevaart. “In de toekomst denk ik dat we zullen proberen om deze telomere eindpunten te integreren in een aantal van de standaard metingen die ze doen op de astronauten, zodat we daadwerkelijk die vraag rechtstreeks kunnen beantwoorden,” zegt ze.
nadat Kelly naar de aarde terugkeerde, keerden de meeste fysiologische, genexpressie en andere veranderingen binnen ongeveer zes maanden weer normaal., Maar er was nog een periode van aanpassing. “Als je terug op aarde bent wil al het bloed in je benen zwemmen”, zegt hij. “Dat duurde weken voor mij.”Hij ontwikkelde ook huiduitslag en netelroos wanneer zijn huid, die niet gewend was geraakt aan zwaartekracht, enige druk op had. Zelfs leunend op een tafel veroorzaakte een reactie. Maar hij heeft zich uiteindelijk aangepast, een hoopvol teken dat er weinig blijvend gevaar kan zijn voor de gezondheid van astronauten na lange periodes in de ruimte. Dat gezegd hebbende, is het belangrijk om op te merken dat reizen naar Mars of andere lange-afstand exploraties geeft een extra zorg: straling., Astronauten aan boord van het ISS zijn nog steeds enigszins beschermd tegen kosmische straling door het magnetische schild van de aarde; een Mars missie zou hen blootstellen aan Galactische straling op veel hogere niveaus, Lee zegt.
De auteurs van het onderzoek waarschuwen dat gezien de extreem kleine steekproefgrootte het “onmogelijk is causaliteit toe te schrijven.”Zij schrijven dat de studie “hypothese-genererend en kader-definiërend” moet zijn, met toekomstig onderzoek op astronauten als aanvulling op het werk. “Dat is allemaal waar,” zegt Burt., Maar ze voegt eraan toe dat het hebben van een genetisch identiek onderwerp op aarde zorgt voor het aannemen van causaliteit veel sterker dan de studie anders zou kunnen hebben. Kelly is het ermee eens: “toegegeven, Dit is een experiment met een n van één,” zegt hij. “Maar ze zagen niets dat ons zou verhinderen naar Mars te gaan. Echter, voegt hij eraan toe,”als we verder gaan dan Mars”—waarbij astronauten jarenlang in microzwaartekracht moeten blijven— ” zullen we moeten beginnen na te denken over kunstmatige zwaartekracht.”