Рік у космосі — які наслідки?

Порівняння показало: насамперед, у його геномі настали неочікувані та суттєві зміни, зокрема й пошкодження. Деякі з них — незворотні. Здивувало й те, що космічний політ призвів до когнітивного дефіциту космонавта, однак лише після його приземлення на Землі.

Бути космонавтом — шкідливо, на це вказує досвід місій «Аполлон», а також Міжнародної космічної станції (МКС). Через невагомість у космонавтів всихають м'язи та кістки, кров і вода піднімаються до голови. Крім того, в астронавтів часто починається лихоманка, віруси стають активнішими, а серцево-судинна система постійно дає збої. Тривалі космічні місії можуть призвести до довгострокових змін у мозку, а в польотах на Марс їм загрожує навіть деменція.

Усі ці симптоми проявляються через кілька днів або місяців перебування в космосі. Але вже в недалекому майбутньому люди мають летіти на Марс і жити на орбітальних станціях. У дорозі через космічний простір вони можуть перебувати роками. «Досі лише четверо людей завершили космічну місію, що тривала понад рік, тож про польоти понад шість місяців практично немає свідчень», — пояснили Френцін Гарет-Бейклман із Медичної служби шкоди Вейл Корнел (Нью-Йорк) та її колеги.

Тут на допомогу прийшов особливий вид досліджень — за участю близнюків. Астронавти НАСА Скот і Марк Келлі — однояйцеві близнюки. Поки Скотт перебував рік на МКС, його брат Марк залишався на Землі. Завдяки цьому вчені змогли вперше визначити, які фізичні та психічні зміни спричиняє тривале перебування в космосі, і порівняли їх із генетично ідентичною інформацією.

У процесі дослідження обидва брати здавали аналізи сечі, крові та проби слини — перед, після та під час перебування в космосі. Їхні генетичні, мікробіологічні та фізіологічні параметри аналізували 10 різних дослідницьких команд. Крім того, протягом проєкту, який тривав лише 25 місяців, обидва астронавти проходили тестування своїх фізичних і когнітивних здібностей.

Наразі вже готові результати, і вони виявилися несподіваними. Однозначним видається, що тривала космічна місія впливає на тіло та розум людини у кілька способів. Як і очікувалося, вчені виявили зміни серцево-судинної системи, а також імунного захисту, скелетно-м'язової системи та очей.

Підвищений маркер запалення та змінені нейромедіатори вказують на фізіологічно підвищений рівень стресу. Але у Скота Келлі, крім того, була змінена експресія генів — у більш ніж 9 000 місцях, повідомили вчені.

Несподіванкою стали інші зміни в геномі: теломери в клітинах астронавта стали довшими — ці закінчення лінійної хромосоми на орбіті стали в середньому на 14,5% більшими. «Це нас дуже здивувало», — сказала Сюзан Бейлі з Колорадського університету. Адже з віком і внаслідок стресу теломери зазвичай стають коротшими. Натомість хромосоми Скота Келлі ніби помолодшали.

Дивує й те, що після приземлення на Землю хромосоми космонавта повернулися до старого стану — але не всі. Кілька теломерів, що скоротилися в космосі, залишилися меншими і після повернення. Чому, залишається незрозуміло.

Менш несподіваним, але точно негативним, виявився інший генетичний ефект: протягом космічної місії клітини астронавта, копіюючи ДНК, робили значно більше помилок, ніж зазвичай. Вони неправильно відтворювали частини хромосом або робили це на хибному місці. «Водночас сильніше проявлялися гени, пов'язані з реакцією на пошкодження ДНК», — повідомили Гарет-Бейклман та її команда.

Це означає, що перебування в космосі збільшує пошкодження та помилки в геномі. Причиною є підвищене опромінення на земній орбіті, пояснили вчені. Протягом року на МКС астронавт зазнав опромінення, що становить 146 мілізівертів — це та доза, яку в умовах природного радіаційного фону на Землі отримують протягом 50 років.

Турбує й те, що після повернення на Землю помилки під час копіювання в хромосомах зберігалися ще протягом місяців. «Це може вказувати на обумовлену опроміненням шкоду для клітинного джерела стовбурових клітин», — сказали вчені. У довгостроковій перспективі ці наслідки опромінення можуть істотно підвищувати для астронавтів ризик захворіти на рак.

Але навіть для розуму довготривалі місії не проходять безслідно. Хоч під час перебування на МКС не відбувалося деградації, та після повернення на Землю вона була.

«Розумова продуктивність астронавта зменшилася до рівня нижчого ніж перед польотом. Цей дефіцит проявився в темпі та точності когнітивних умінь і зберігався до шести місяців після повернення на Землю», — повідомила Гарет-Бейклман та її команда. Чому цей дефіцит проявився тільки після приземлення, досі залишається нез'ясованим.

Для майбутніх місій на Марс це може означати наступне: дорогою туди астронавти будуть готові до всіляких викликів. Але, приземлившись на Червоній планеті, вони можуть почати припускатися помилок. «Це може завадити безпечному здійсненню космічної місії — наприклад, після приземлення на Марсі», — розповіли вчені.

«Помічені ефекти мають широкий спектр і є більш значними, ніж можна було очікувати — передусім ідеться про реакцію, зумовлену випромінюванням, нестабільність геному, підвищену зміну генетичної експресії та когнітивний дефіцит», — пише в супровідному коментарі Маркус Лебріх із Технічного університету Дармштадта.

Він підкреслює також, що під час польоту на Марс астронавти піддаватимуться опроміненню, вп'ятеро більшому. Адже за межами Земної орбіти немає захисного шару магнітного поля. «Тому для майбутніх ініціатив важливо буде зрозуміти деталі цих змін та їхні довготривалі наслідки, — сказав Лебріх. — З цього погляду, дослідження Гарет-Бейклман та її команди — дещо більше, ніж просто маленький крок для людства».