In einer wegweisenden Studie führten NASA-Wissenschaftler während seiner anstrengenden 342-tägigen Tour an Bord der Internationalen Raumstation in 2015-2016 erschöpfende Tests an Scott Kelly durch. Und sie überwachten gleichzeitig seinen eineiigen Zwillingsbruder Mark (einen pensionierten Astronauten, der zu dieser Zeit auf der Erde war), in der Hoffnung, dass der Vergleich neue Informationen über die Auswirkungen der Langzeit-Raumfahrt auf den menschlichen Körper enthüllen würde.,
Die Ergebnisse der NASA Twins-Studie, die am Donnerstag in Science veröffentlicht wurde, zeigen, dass Scott Kelly eine Reihe physiologischer Veränderungen durchgemacht hat-von denen die meisten nach seiner Rückkehr zur Erde in den Status vor dem Flug zurückkehrten. Die Ergebnisse könnten helfen, Vorbereitungen für zukünftige Langzeitmissionen zu treffen, wie zum Beispiel Reisen zum Mars oder Aufenthalte auf einer mondkreisförmigen Raumstation.,
Die Studie war die erste, die sowohl Verhaltensanalyse als auch Physiologie integrierte, um zu untersuchen, wie der Weltraum eine Person beeinflusst, und die erste, die zwei Jahre lang so umfassende Gesundheitsdaten über einen erdgebundenen Mann mittleren Alters sammelte, sagt Co-Autorin Brinda Rana, Molekulargenetikerin an der University of California, San Diego.
„Wissenschaft von ihrer besten Seite, in vielerlei Hinsicht, weil sie etwas nutzt, das natürlich vorkommt, um Kausalität zu verstehen“, sagt Verhaltensgenetiker S., Alexandra Burt, die das Zwillingsregister der Michigan State University leitet und nicht an der Studie beteiligt war. „Ich denke, das war ein einzigartiges Ereignis und sie haben es wunderschön genutzt.“
Kelly sagt, er habe die Studie ursprünglich vorgeschlagen, als er sich auf die ISS-Mission vorbereitete. „Ich sagte:‘ Hey, wenn jemand nach Studien fragt, die mit meinem Bruder Mark und mir geplant sind, weil wir eineiige Zwillinge sind, gibt es dann Interesse daran?'“, sagt er. Er wurde zunächst zurückgewiesen, aber er sagt, NASA-Wissenschaftler sprachen schließlich an mehreren Universitäten „und sie fanden heraus, dass es tatsächlich viel Interesse war.,“Die Zwillingsstudie war ein Versuch.
Fast zwei Jahre lang stellten beide Brüder Urin -, Stuhl-und Blutproben zur Verfügung, die die Forscher für 10 separate Untersuchungen verwendeten, die die molekularen, physiologischen und kognitiven Auswirkungen der Langzeit-Raumfahrt betrafen. Eine enge Abstimmung unter den vielen Ermittlern sei unerlässlich. „Die NASA hat 10-Ermittler aus dem ganzen Land-von denen sich die meisten nicht kannten-und uns in einen Raum gebracht und uns dazu gebracht, alle zusammenzuarbeiten und ein zusammenhängendes Team für die Durchführung dieser Mission zu werden“, sagt Rana., Die inhärenten Schwierigkeiten, solche Proben von einem Astronauten an Bord der ISS zu sammeln, bedeuteten, dass die Ermittler mit relativ geringem Material arbeiten mussten. „Wir mussten Protokolle entwickeln, in denen wir alle unsere Studien effektiv mit einer Probe durchführen konnten“, sagt Rana. Die Studie spornte die Forscher auch an, neue Methoden zur Untersuchung von Physiologie und Genetik im Weltraum zu entwickeln. „Es hat uns geholfen, die Technologie voranzutreiben, um diese Art von Experimenten nicht nur für die Erdumlaufbahn, sondern auch für zukünftige Aktivitäten durchzuführen Explorationsmissionen“, sagt Co-Autor Stuart Lee, kardiovaskulärer Wissenschaftler bei KBRwyle.,
Kelly musste sein eigenes Blut ziehen und seinen eigenen Urin und Stuhl sammeln. „Sicherlich ist es komplizierter, im Weltraum in eine Tasche zu pinkeln, weil alles schwimmt“, bemerkt er. „Aber vor allem braucht es Zeit. Astronauten versuchen manchmal fast unbewusst, an den Tagen der Urinentnahme nicht so hydratisiert zu sein, wie es zum Pinkeln braucht.,“Dies spiegelte sich in den Ergebnissen wider: Forscher fanden heraus, dass Kelly durchweg leicht dehydriert war, ein häufiges Phänomen bei Astronauten bei Langzeitmissionen-und Wissenschaftler führen dies tatsächlich auf den Ärger der Astronauten mit der komplizierten Toilette an Bord zurück.
Die Studie ergab, dass Kelly während des Fluges unter nahezu konstantem physiologischem Stress stand. Sein Immunsystem war in Alarmbereitschaft; er hatte Veränderungen in der DNA-Expression; seine Halsschlagader wurde aufgebläht., Er entwickelte auch „Raumfahrt-assoziiertes neurookulares Syndrom“ oder SANS-ein Zustand, der Veränderungen an seinen Augen mit sich bringt und für den die Ursache schlecht verstanden wird. Und sein Blut, das nicht mehr durch die Schwerkraft an seine Beine gezogen wurde, sammelte sich in seinem Kopf. „Am Anfang ist es das Schlimmste“, sagt Kelly. „Ihr Körper passt sich im Laufe der Zeit an, aber meiner Erfahrung nach passt er sich nie vollständig an. Ich fühlte immer Druck in meinem Kopf.“
Während des Fluges wurden Kellys Telomere—die schützenden Sequenzen sich wiederholender Nukleotide, die die Enden jedes Chromosoms wie Aglets auf einem Schnürsenkel“ umhüllen “ —länger., „Das war sicherlich eine Überraschung, denn in die Studie hatten wir genau das Gegenteil vorgeschlagen“, sagt Susan Bailey, Biologin an der Colorado State University, die die Telomeruntersuchung der Studie leitete. Telomere verkürzen sich mit zunehmendem Alter, und ein Enzym namens Telomerase repariert und verlängert sie. Astronauten sind extremen Belastungen durch Schwerelosigkeit, Isolation und Strahlung ausgesetzt, die zur Verkürzung der Telomere beitragen sollten, sagt Bailey., Sie vermutet, dass Kellys stark reglementiertes Diät—und Trainingsprogramm an Bord der ISS zur Verlängerung beigetragen haben könnte-oder dass das Phänomen darauf hindeuten könnte, dass sich seine Zellpopulation während der Raumfahrt verändert hat. „Ich denke, wir werden in Zukunft versuchen, diese Telomerendpunkte in einige der Standardmessungen zu integrieren, die sie an den Astronauten durchführen, damit wir diese Frage tatsächlich direkt ansprechen können“, sagt sie.
Nachdem Kelly zur Erde zurückgekehrt war, normalisierten sich die meisten physiologischen, Genexpressions-und anderen Veränderungen innerhalb von etwa sechs Monaten wieder., Aber es gab noch eine Phase der Anpassung. „Wenn du zurück auf die Erde kommst, will das ganze Blut nur in deinen Beinen fließen“, sagt er. „Das hat wochenlang für mich gedauert.“Er entwickelte auch Hautausschläge und Nesselsucht, wenn seine Haut, die an die Schwerkraft nicht gewöhnt war, Druck darauf ausübte. Sogar das Anlehnen an einen Tisch löste eine Reaktion aus. Aber er hat sich schließlich neu eingestellt, ein hoffnungsvolles Zeichen, dass die Gesundheit der Astronauten nach langen Zeiträumen im Weltraum kaum dauerhaft gefährdet sein kann. Trotzdem ist es wichtig zu beachten, dass Reisen zum Mars oder andere Fernerkundungen ein zusätzliches Problem darstellen: Strahlung., Astronauten an Bord der ISS sind durch den magnetischen Schild der Erde immer noch etwas vor kosmischer Strahlung geschützt; Eine Marsmission würde sie galaktischer Strahlung auf viel höheren Ebenen aussetzen, sagt Lee.
Die Autoren der Studie warnen davor, dass es angesichts der extrem geringen Stichprobengröße „unmöglich ist, Kausalität zuzuschreiben.“Sie schreiben, dass die Studie „hypothesenerzeugend und rahmendefinierend“ sein sollte, wobei zukünftige Forschungen zu Astronauten die Arbeit ergänzen. „Das ist alles wahr“, sagt Burt., Sie fügt jedoch hinzu, dass ein genetisch identisches Subjekt auf der Erde eine Kausalität viel stärker annehmen kann, als die Studie es sonst hätte tun können. Kelly stimmt zu:“ Zugegeben, dies ist ein Experiment mit einem n von eins“, sagt er. „Aber sie haben nichts gesehen, was uns davon abhalten würde, zum Mars zu gehen. Er fügt jedoch hinzu:“Wenn wir über den Mars hinausgehen wollen“—Astronauten müssen jahrelang in der Schwerelosigkeit bleiben— “ müssen wir anfangen, über künstliche Schwerkraft nachzudenken.”