I en banbrytande studie, NASA forskare genomfört omfattande tester på Scott Kelly under hans hårda 342-dagars tur ombord på den Internationella rymdstationen under 2015-2016. Och de övervakade samtidigt hans identiska tvillingbror Mark (en pensionerad astronaut som var på jorden vid den tiden), i hopp om att jämförelsen skulle avslöja ny information om effekterna av långsiktigt rymdljus på människokroppen.,
resultaten av NASA Twins—studien, rapporterade torsdag i Science, visar Scott Kelly genomgick ett antal fysiologiska förändringar-varav de flesta återvände till pre-flight status efter att han återvände till jorden. Resultaten kan hjälpa till att informera förberedelser för framtida långsiktiga uppdrag, till exempel resor till Mars eller stints på en rymdstation som kretsar kring månen.,
studien var den första som integrerar både beteendeanalys och fysiologi för att undersöka hur rymden påverkar en person och den första som samlar in två år av så omfattande hälsodata på en medelålders jordbunden man, säger medförfattare Brinda Rana, en molekylär genetiker vid University of California, San Diego.
” vetenskap som bäst, på många sätt, eftersom det utnyttjar något som naturligt förekommer för att försöka förstå orsakssamband”, säger behavioral genetiker S., Alexandra Burt, som tillsammans leder Michigan State University tvillingregistret och inte var inblandad i studien. ”Jag tror att detta var en unik händelse och de kapitaliserade på det vackert.”
Kelly säger att han ursprungligen föreslog studien medan han förberedde sig för ISS-uppdraget. ”Jag sa,” Hej, om någon frågar om några studier planeras med min bror Mark och jag, Eftersom vi är enäggstvillingar, finns det något intresse för det?””säger han. Han blev ursprungligen avvisad, men han säger att NASA-forskare så småningom talade till flera universitet ” och de fick reda på att det faktiskt var mycket intresse.,”Tvillingarna studien var en go.
i nästan två år gav båda bröderna urin, avföring och blodprov, vilka forskare använde för 10 separata undersökningar som involverade molekylära, fysiologiska och kognitiva effekter av långsiktig rymdljus. En nära samordning mellan de många utredarna var nödvändig. ”NASA fick 10 utredare från hela landet-varav de flesta inte kände varandra – och satte oss i ett rum och fick oss att samarbeta och bli ett sammanhängande team för att utföra detta uppdrag”, säger Rana., De inneboende svårigheterna med att samla sådana exemplar från en astronaut ombord på ISS innebar att utredarna var tvungna att arbeta med relativt litet material. ”Vi var tvungna att komma med protokoll där vi alla kunde göra våra studier effektivt med ett prov”, säger Rana. Studien sporrade också forskare att förnya nya metoder för att studera fysiologi och genetik i rymden. ”Det har hjälpt oss att köra teknik för att göra dessa typer av experiment, inte bara för lågjordisk bana, men för framtida aktiviteter prospekteringsuppdrag”, säger medförfattare Stuart Lee, en kardiovaskulär forskare vid KBRwyle.,
Kelly var tvungen att dra sitt eget blod och samla sin egen urin och avföring. ”Visst är det mer komplicerat att kissa i en väska i rymden, för allt flyter”, noterar han. ”Men viktigast av allt, det tar tid. Astronauter ibland befinner sig nästan omedvetet försöker att inte vara så hydratiserad på urinsamling dagar på grund av den tid det tar att kissa.,”Detta återspeglades i resultaten: forskare fann Kelly var konsekvent mildt uttorkad, ett vanligt fenomen bland astronauter på långsiktiga uppdrag—och forskare tillskriver detta faktiskt till astronauternas irritation med den komplicerade ombord toaletten.
studien fann att Kelly var under nästan konstant fysiologisk stress under flygning. Hans immunförsvar var på hög beredskap; han hade förändringar i DNA-uttryck; hans halspulsåder blev distended., Han utvecklade också ”rymdljusassocierat neuro-okulärt syndrom” eller SANS—ett tillstånd som innebär förändringar i ögonen och för vilket orsaken är dåligt förstådd. Och hans blod, som inte längre dras till benen av gravitation, samlas i huvudet. ”I början är det det värsta”, säger Kelly. ”Din kropp anpassar sig till det över tiden, men enligt min erfarenhet justerar den aldrig helt. Jag kände alltid Tryck i mitt huvud.”
under flygning växte Kellys telomerer-de skyddande sekvenserna av upprepade nukleotider som ”cap” ändarna av varje kromosom som aglets på en skosnöre-längre., ”Det var verkligen en överraskning, för att gå in i studien hade vi föreslagit exakt motsatsen”, säger Susan Bailey, en biolog vid Colorado State University som ledde studiens telomere-undersökning. Telomerer förkortas när vi åldras, och ett enzym som kallas telomeras reparationer och förlänger dem. Astronauter utsätts för extrema påfrestningar av mikrogravitation, isolering och strålning som bör bidra till telomere förkortning, säger Bailey. , Hon misstänker Kellys mycket regimenterade kost—och träningsprogram ombord på ISS kan ha bidragit till förlängningen-eller att fenomenet kan indikera att hans cellpopulation förändrades under rymdljus. ”Framöver tror jag att vi kommer att försöka införliva dessa telomere endpoints i några av de standardmätningar som de gör på astronauterna, så att vi faktiskt kan ta itu med den frågan direkt”, säger hon.
Efter Kelly återvände till jorden återvände de flesta fysiologiska, genuttryck och andra förändringar till normala inom ungefär sex månader., Men det fanns fortfarande en anpassningsperiod. ”När du kommer tillbaka till jorden vill allt blod bara slå samman i dina ben”, säger han. ”Det varade för mig i veckor.”Han utvecklade också utslag och nässelfeber när hans hud, som hade blivit oanvänd för tyngdkraften, hade något tryck på det. Även lutad på ett bord orsakade en reaktion. Men han gjorde så småningom justera, ett hoppfullt tecken på att det kan finnas liten varaktig fara för astronauternas hälsa efter långa perioder i rymden. Med detta sagt är det viktigt att notera att resa till Mars eller andra långväga upptäckter ger ytterligare en oro: strålning., Astronauter ombord på ISS är fortfarande något skyddade från kosmiska strålar av jordens magnetiska sköld; ett Mars-uppdrag skulle utsätta dem för galaktisk strålning på mycket högre nivåer, säger Lee.
studieförfattarna varnar för att med tanke på den extremt lilla provstorleken är det ”omöjligt att ange orsakssamband.”De skriver att studien ska vara ”hypotesgenererande och ramdefinierande”, med framtida forskning om astronauter som kompletterar arbetet. ”Det är sant”, säger Burt., Men hon tillägger att ha ett genetiskt identiskt ämne tillbaka på jorden tillåter att anta orsakssamband mycket starkare än studien annars kunde ha. Kelly håller med: ”beviljas, det här är ett experiment med en n av en”, säger han. ”Men de såg inget som skulle hindra oss från att åka till Mars. Men han tillägger, ”Om vi ska gå bortom Mars” – kräver astronauter att stanna i mikrogravitation i flera år i slutet – ” vi kommer att behöva börja tänka på artificiell gravitation.”