Za posledních pět desetiletí letělo do vesmíru méně než 700 lidí. Téměř každý z nich byl profesionálně vyškoleným astronautem a byl ve špičkové fyzické kondici. A většina těchto astronautů byli muži. V roce 2021 však poletí první vesmírná mise se čtyřmi civilními astronauty – tedy nikoliv astronauty vládních agentur. Otevřela novou cestu pro vědce, kteří zkoumají účinky vesmírných letů na lidskou biologii.
Dne 11. června 2024 publikovalo více než 200 těchto vědců soubor 44 článků v několika časopisech Nature. Tyto práce pomáhají budovat základ, jakousi základní linii, aby bylo možné pochopit nejen to, jak pobyt ve vesmíru ovlivňuje lidské tělo, ale také to, jak mohou vědci tyto účinky zmírnit.
Lidstvo má k meziplanetárnímu druhu ještě daleko, ale toto je „první krok na cestě k přípravě na Měsíc a Mars,“ říká Christopher Mason, biofyzik a lékař z Weill Cornell Medicine, který vedl shromažďování a analýzu dat, jež stála za těmito dokumenty.
Tato data také vědcům ukazují, jak lidské tělo reaguje při extrémním stresu, a to jak fyzickém, tak kognitivním. „Musíme skutečně pochopit, jak lidské tělo reaguje“ na záření a extrémní síly zrychlení, navíc na změny v cirkadiánním rytmu neboli spánkovém cyklu těla, říká stanfordský genetik Michael Snyder, který se na těchto nedávných pracích nepodílel.
Tyto různorodé studie ukazují, že pouhých několik dní ve vesmíru ovlivňuje biologii způsobem, který se nezdá být vratný. A začínají naznačovat rozdíly mezi ženami a muži.
Výzkum lidského těla ve vesmíru
Když v šedesátých letech 20. století odstartovaly lety lidí do vesmíru, začalo se s výzkumem jejich důsledků na zdraví. Astronauti programu Apollo měli na sobě postroje s bio-senzory, které monitorovaly srdce a plíce, a před letem i po něm se podrobovali důkladným lékařským prohlídkám a testům. Astronauti pociťovali bolesti zad způsobené mikrogravitací, světelné záblesky způsobené radiací a další zdravotní změny. To však byl jen začátek.
V uplynulých dvou desetiletích sloužila Mezinárodní vesmírná stanice (ISS) jako orbitální biologická laboratoř, kde se zkoumalo vše od bakteriálních změn přes úbytek kostní hmoty až po deformaci mozku. V roce 2015 pak měli biologové jedinečnou příležitost lépe pochopit, jak prostředí kosmického prostoru ovlivňuje biologii v nejmenších měřítkách. V rámci experimentu, který NASA nazvala Studie dvojčat, se jeden astronaut, Scott Kelly, dostal na palubu ISS na dobu jednoho roku a jeho identické dvojče, Mark Kelly, který byl rovněž astronautem, zůstal na zemi.
Dne 15. září 2021, krátce po 20. hodině středoevropského času, odstartovala mise Inspiration4 se čtyřmi civilními astronauty. Zhruba o tři dny později se kapsle i s posádkou rozplácla v Atlantickém oceánu u pobřeží Floridy.
Přímým srovnáním jednovaječných dvojčat mohli biologové studovat genetické účinky vesmíru. Když se Scott vrátil na Zemi, jeho telomery, konce chromozomů, které chrání genetický materiál, se prodloužily. (Přečtěte si více o studii dvojčat NASA.)
Scott Kelly však představoval vzorek pouze jednoho vesmírného cestovatele. Navíc většina astronautů v předchozích desetiletích vědeckých studií byli američtí nebo ruští muži, kteří na cestu do vesmíru trénovali roky.
Mise Inspiration4 společnosti SpaceX z roku 2021 poskytla vědcům příležitost studovat zdraví ve vesmíru u rozmanitějších vesmírných cestovatelů. Mise s názvem Inspiration4 by měla čtyři soukromé astronauty, kteří by dohromady zahrnovali širší věkovou škálu, původ a biomedicínské zázemí. „Jsou reprezentativními zástupci širšího spektra lidstva,“ říká Mason.
Mason a mnozí z jeho kolegů, kteří se na novém souboru dokumentů podíleli, pracovali také na studii o dvojčatech. Tým již měl k dispozici sadu experimentů, které létaly ve vesmíru a které „byly ověřeny na astronautech“, říká Mathias Basner z Lékařské fakulty Pensylvánské univerzity, který se zabývá lidským chováním a poznáním. Vědci by tyto testy pro misi Inspiration4 dále rozvinuli, aby mohli studovat širší soubor lidských biologických systémů.
Tým kromě kožních biopsií zkoumal i vzorky krve, moči, stolice, slin a potu. Zahrnuli také soubor testů chování a kognitivních funkcí a údaje o spánku. Tyto testy byly prováděny před letem, během letu a po letu. Všechny tyto údaje byly vloženy do rostoucí biometrické databáze známé jako Space Omics and Medical Atlas (SOMA), kterou organizuje a spravuje Mason a jeho kolegové.
Katalog, zveřejněný v červnu, obsahuje podrobné údaje shromážděné za posledních deset let od desítek astronautů NASA a Japonské kosmické agentury, 12 soukromých letců do vesmíru (kde čtyři byli na misi Inspiration4) a kontrolní skupiny 10 lidí, kteří vystoupili na Mount Everest. Vědci také využili údaje o zvířatech z experimentů na palubě ISS, aby lépe pochopili účinky vesmíru na organismus.
„Nyní začínáme získávat náčrty toho, jaká jsou naše základní měření, pokud jde o krevní testy, radiaci, co se děje v genech a vašem imunitním systému,“ říká Mason.
I krátké cesty mění biologii
Po analýze dat bylo jedním z nejpřekvapivějších výsledků, říká Mason, že „jsme viděli mnoho stejných příznaků kosmického letu, jaké jsme pozorovali u delších misí“. To naznačuje, že existuje „dávka“ kosmického letu, kterou můžete začít pozorovat v těle, dodává.
Genová exprese
- Genová exprese je základní biologický proces, kterým se informace (DNA) z genu používá k vytvoření funkčního genového produktu, nejčastěji proteinu.
- Buňky regulují genovou expresi, aby kontrolovaly, které proteiny a v jakém množství se v daném okamžiku vyrábějí.
- Genová exprese určuje, jak buňky fungují, jak se vyvíjejí a jak reagují na různé podněty včetně stresu nebo změn prostředí.
- Vnější faktory, jako je například pobyt ve vesmíru, mohou ovlivnit to, které geny jsou aktivní nebo neaktivní, což může mít dopad na celkové fungování organismu.
- Během vesmírných letů změny v genové expresi mohou naznačovat, jak se tělo přizpůsobuje extrémním podmínkám, jako je beztíže nebo zvýšené záření.
Stejně jako ve studii o dvojčatech se podle něj prodloužily telomery. Prodloužené telomery (pravděpodobně v důsledku vystavení záření, říkají vědci) a aktivace souvisejících genů mohou pomoci chránit DNA před škodlivým zářením.
Mnohé změny se po návratu na zemský povrch nevrátily ani několik měsíců po návratu. „Člověk by si myslel, že se lidé vzpamatují rychleji,“ říká Snyder.
Také mikrobiomy astronautů z projektu Inspiration4 se změnily během pouhých několika dní. „Je zajímavé sledovat, jak rychle se jejich kůže podobá sobě navzájem i vesmírné lodi,“ říká Mason. Zatímco kožní mikroby posádky se více podobaly a mikrobi v ústech se změnili, výzkumníci nezaznamenali stejné změny v jejich střevech.
Pobyt ve vesmíru ovlivňuje lidské tělo na různých úrovních. Na mikroskopické úrovni dochází ke změnám v genové expresi a mikrobiomu, zatímco v širším měřítku pozorujeme dopady na kognitivní funkce a celkové chování astronautů. Pro testování chování a kognitivních schopností během letu se vědci zaměřili na 10 intelektuálních a mentálních oblastí, říká Basner, jako je paměť, pozornost, abstrakce, rizikové rozhodování, rozpoznávání emocí. „Naše chování je jakoby kombinací všech těchto oblastí, ale my se to snažíme rozklíčovat,“ říká, abychom zjistili, zda je některá z těchto oblastí efektivnější než ostatní.
Posádka Inspiration4 vykazovala pokles kognitivních schopností již na počátku letu a průměr byl řízen především jedním členem posádky, říká Basner. Během zbytku letu se kognitivní schopnosti vyrovnaly a po návratu posádky na zem se vrátily do normálu. Z hlediska chování byla posádka po letu pozitivnější, dodává. „Ale to jen naznačovalo, že byli šťastní, že to zvládli,“ zpět na zem v pořádku.
Jak jsou na tom samice ve srovnání se samci
Databáze SOMA je volně přístupná, veřejně přístupná biologům pro jejich vlastní výzkum. „Každý přichází se svým vlastním pohledem,“ říká Mason. „Na biologii se dívají svou vlastní optikou a na otázky se pak dívají svým vlastním pohledem.“
Tak se do projektu zapojila Begum Mathyková, doktorka porodnictví a gynekologie z University of South Florida. „Není pro mě velký rozdíl, víte, zasazovat se o zdraví žen na Zemi nebo mimo ni,“ říká.
Analýza vzorků krve a moči z Inspirace4 , kterou Mathyková a její kolegové provedli, ukázala změny genů spojených s hormonem estrogenem, který se podílí na reprodukčním systému, ale také na činnosti svalů, mozku a dalších tělesných systémů. Zjistili genetické změny způsobu, jakým reakce spojené s estrogenem fungují ve vesmíru, přičemž více změn se objevilo v B buňkách žen než u mužů. Buňky B souvisejí s autoimunitními chorobami, které mají tendenci postihovat ženy více než muže. Tyto hormonální změny ovlivňují také reakce organismu na infekce, říká Mathyk.
Během těch několika dní ve vesmíru se také změnily geny související s tím, jak inzulín reguluje hladinu cukru v krvi. „Tyto změny naznačují, že vesmírný let může narušit metabolismus a imunitní systém,“ dodává Mathyk. Zaznamenali i další změny imunitních buněk, přičemž u mužů trvalo déle, než se tyto změny po skončení letu vrátily k normálu, než u žen. Tyto buňky souvisejí s tím, jak tělo reaguje na záněty, a některé z nich také souvisejí se srážlivostí krve.
Zatímco mikrobiologické testy ukázaly mírné rozdíly mezi muži a ženami, v chování nebo kognitivních funkcích se pohlaví nelišilo, říká Basner.
Radiace může mít negativní vliv na vaječníky a dělohu a udržení spánkových cyklů ve vesmíru je důležité pro fungování reprodukčního systému, zdůraznila Mathyková a její kolegové v přehledovém článku, v němž se zabývali údaji od posádky Inspiration4, astronautů JAXA a zvířat. Studie myší a jejich embryí naznačují, že vesmír je „nepříznivé prostředí“ pro reprodukci, říká Mathyková. „Není však snadné vyvozovat závěry nebo promítat všechna data na člověka, protože jsme složitější,“ dodává Mathyk.
Vědci budou mít brzy k dispozici další údaje. Mathyk je součástí návrhu na let ručního ultrazvukového zařízení na nadcházející misi společnosti SpaceX, které má zobrazit ženské reprodukční orgány včetně dělohy a vaječníků. A další soukromé a vládní mise tyto testy zahrnují.
Databáze SOMA se navíc již rozrůstá. Nyní obsahuje biologické informace ze soukromých letů Axiom-2 a předletové vzorky pro sondu Polaris Dawn, jejíž start je naplánován na letošní léto. Výzkumníci přidají ještě letos v létě také data z Axiomu-3, říká Mason.
Kromě prostého pochopení biologie lidského těla ve vesmíru by atlas a práce, která z něj vyplývá, mohly vést ke způsobům, jak těmto účinkům čelit, včetně přizpůsobení specifických léků genetickému pozadí člověka. „Je toho mnohem víc,“ říká Mason.
Zdroje:
Lety do vesmíru
Lidské pronikání do vesmíru už neprovází tak horečný zájem jako v 60. a 70. letech minulého století, zkuste si proto ověřit své všeobecné znalosti nebo prostý odhad.
Astronaut držící americkou vlajku na povrchu Měsíce.
Sledujte nás v Google Zprávách