Nghiên cứu của NASA Twins - có sự tham gia của cặp song sinh phi hành gia Scott và Mark Kelly - là thí nghiệm không gian hoàn hảo. Scott đã dành một năm trên vũ trụ trên Trạm vũ trụ quốc tế. Mark vẫn còn trên Trái đất. Kết quả?
Kết quả từ nghiên cứu Twins của NASA, diễn ra từ 2015-2016, được công bố vào ngày 11 tháng 4 năm 2019, trên tạp chí Khoa học. NASA cho biết, bài báo - bao gồm công việc từ 10 nhóm nghiên cứu, đã tiết lộ một số dữ liệu thú vị, đáng ngạc nhiên và yên tâm về cách cơ thể con người thích nghi với - và phục hồi từ - môi trường khắc nghiệt của không gian.
Bởi Susan Bailey, Đại học bang Colorado
Cuộc sống hàng ngày trên tàu vũ trụ quốc tế di chuyển nhanh. Rất nhanh. Du lịch vào khoảng 17.000 dặm một giờ, 300 dặm phía trên Trái đất, các phi hành gia xem 16 bình minh và hoàng hôn mỗi “ngày” trong khi nổi xung quanh trong một hộp với một số ít người mà họ phụ thuộc vào cho sự sống còn.
Người ta không cần nhìn xa hơn những bộ phim bom tấn Hollywood như Hồi giáo, Mart, >> Gravity, và Interstellar, cho những viễn cảnh tương lai về cuộc sống ngoài Trái đất khi chúng ta dấn thân vào không gian bên ngoài. Nhưng những gì về cơ thể con người Đáp ứng với các chuyến bay vào vũ trụ ngoài đời thực - những ảnh hưởng sức khỏe là gì? Những người du hành vũ trụ sẽ già đi ở những mức độ khác nhau so với những người trong chúng ta trên Trái đất? Làm thế nào chúng ta thích nghi với môi trường không gian?
Không gian song sinh Scott và Trái đất song sinh Mark không còn giống nhau? Hình ảnh qua Robert Markowitz / NASA.
Chắc chắn đây là những mối quan tâm đối với NASA. Làm thế nào du hành không gian và các nhiệm vụ trong thời gian dài có thể thay đổi cơ thể con người, và liệu những thay đổi đó là vĩnh viễn hay có thể đảo ngược một khi các phi hành gia trở lại Trái đất, phần lớn chưa được biết. Cơ hội khám phá những câu hỏi hấp dẫn này nảy sinh với hai phi hành gia sinh đôi giống hệt Scott và Mark Kelly.
Vào tháng 11 năm 2012, NASA đã chọn phi hành gia Scott Kelly cho nhiệm vụ một năm đầu tiên. Trong một cuộc họp báo không lâu sau đó, Scott đã ám chỉ rằng nhiệm vụ này có thể mang đến cơ hội so sánh tác động của không gian sống trên cơ thể anh ta với người anh em sinh đôi giống hệt người sống trên Trái đất của anh ta, Mark Kelly, cũng là một phi hành gia và cựu phi công thử nghiệm của Hải quân. Đáng chú ý, cặp song sinh Kelly là những cá thể có bản chất tương tự (di truyền) và nuôi dưỡng (môi trường), và do đó, thí nghiệm không gian hoàn hảo đã được hình thành - có sự xuất hiện của không gian song sinh và đôi song sinh Trái đất như những ngôi sao. Scott sẽ dành một năm trên vũ trụ trên Trạm vũ trụ quốc tế, trong khi người anh em sinh đôi giống hệt anh, Mark, sẽ ở lại Trái đất.
Nghiên cứu Twins của NASA đại diện cho cái nhìn toàn diện nhất về phản ứng của cơ thể người đối với chuyến bay vào vũ trụ từng được thực hiện. Kết quả sẽ hướng dẫn các nghiên cứu trong tương lai và phương pháp cá nhân hóa để đánh giá hiệu quả sức khỏe của từng phi hành gia trong nhiều năm tới.
Là một nhà sinh học ung thư tại Đại học bang Colorado, tôi nghiên cứu tác động của việc tiếp xúc với bức xạ đối với tế bào người. Là một phần của Nghiên cứu sinh đôi, tôi đặc biệt quan tâm đến việc đánh giá các đầu của nhiễm sắc thể, được gọi là telomere, đã bị thay đổi sau một năm trong không gian.
Một ngày trước khi phi hành gia Scott Kelly đạt mốc sáu tháng trong vũ trụ, anh ta nói chuyện trực tiếp từ trên tàu ISS với John Hughs, bên trái, anh trai sinh đôi của anh ta Mark Kelly và phi hành gia Terry Virts, phải. Hình ảnh thông qua NASA / Bill Ingalls.
Trêu chọc ảnh hưởng sức khỏe của không gian sống
NASA đã thực hiện một cuộc gọi và chọn 10 cuộc điều tra đánh giá ngang hàng từ khắp đất nước cho Nghiên cứu sinh đôi. Các nghiên cứu bao gồm các biện pháp phân tử, sinh lý và hành vi, và lần đầu tiên trong các phi hành gia, các nghiên cứu dựa trên cơ sở của Om om. Một số nhóm đánh giá tác động của không gian lên bộ gen - toàn bộ phần bổ sung DNA trong một tế bào (bộ gen). Các nhóm khác đã kiểm tra gen nào được bật và tạo ra một phân tử gọi là mRNA (transcriptomics). Một số nghiên cứu tập trung vào cách sửa đổi hóa học - không làm thay đổi mã DNA - ảnh hưởng đến sự điều hòa của gen (biểu sinh). Một số nhà nghiên cứu khám phá các protein được sản xuất trong các tế bào (proteomics), trong khi những người khác nghiên cứu kỹ các sản phẩm chuyển hóa (chất chuyển hóa).
Cũng có những nghiên cứu xem xét làm thế nào môi trường không gian có thể thay đổi microbiome - tập hợp vi khuẩn, virus và nấm sống trong và trên cơ thể chúng ta. Một cuộc điều tra đã kiểm tra phản ứng miễn dịch đối với vắc-xin cúm. Các nhóm khác đã tìm kiếm các mẫu sinh học của Scott để tìm dấu ấn sinh học của chứng xơ vữa động mạch và dịch chuyển lên trên trong cơ thể do vi trọng lực, có thể ảnh hưởng đến thị lực và gây đau đầu. Hiệu suất nhận thức cũng được đánh giá bằng cách sử dụng các bài kiểm tra nhận thức do máy tính thiết kế dành riêng cho các phi hành gia.
Hơn 300 mẫu sinh học - phân, nước tiểu và máu - đã được thu thập từ cặp song sinh nhiều lần trước, trong và sau nhiệm vụ một năm.
Cặp song sinh Kelly chắc chắn là một trong những cặp có nhiều hồ sơ nhất - trên hoặc ngoài hành tinh của chúng ta. Họ cũng là một trong những người được phỏng vấn nhiều nhất. Một câu hỏi thường được đặt ra là liệu Scott sẽ trở về từ không gian trẻ hơn Mark - một tình huống gợi nhớ đến Hồi Interstellar Lần hay còn gọi là Mục tiêu của Einstein = Cái gì đó trống rỗng Nghịch lý Twin. Nghịch lý, vì ISS không di chuyển đến bất cứ nơi nào gần tốc độ của ánh sáng liên quan đến chúng ta, sự giãn nở thời gian - hoặc sự chậm lại của thời gian do chuyển động - là rất nhỏ. Vì vậy, bất kỳ sự khác biệt tuổi tác giữa anh em sẽ chỉ là một vài phần nghìn giây.
Mặc dù vậy, câu hỏi về lão hóa liên quan đến không gian và nguy cơ phát triển các bệnh liên quan đến tuổi tác như mất trí nhớ, bệnh tim mạch và ung thư - trong hoặc sau một nhiệm vụ - là một vấn đề quan trọng và chúng tôi nhắm đến để giải quyết trực tiếp với nghiên cứu của chúng tôi chiều dài telomere.
Telomere là phần bảo vệ của DNA ở đầu nhiễm sắc thể. Khi mọi người già đi, telomere sẽ ngắn hơn. Hình ảnh qua Vectormine / Shutterstock.
Telomere là phần cuối của nhiễm sắc thể bảo vệ chúng khỏi bị hư hại và khỏi sờn rách, giống như sự kết thúc của dây giày. Telomere rất quan trọng để duy trì sự ổn định của nhiễm sắc thể và bộ gen. Tuy nhiên, telomere tự nhiên rút ngắn khi các tế bào của chúng ta phân chia, và cũng như vậy khi chúng ta già đi. Tốc độ telomere rút ngắn theo thời gian bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm stress oxy hóa và viêm, dinh dưỡng, hoạt động thể chất, căng thẳng tâm lý và phơi nhiễm môi trường như ô nhiễm không khí, tia UV và bức xạ ion hóa. Do đó, chiều dài telomere phản ánh một di truyền học, kinh nghiệm và phơi nhiễm cá nhân, và các chỉ số thông tin về sức khỏe nói chung và sự lão hóa cũng vậy.
Telomere và lão hóa
Nghiên cứu của chúng tôi đề xuất rằng các ứng suất độc nhất và ngoài thế giới này phơi bày trải nghiệm của các phi hành gia trong chuyến bay vũ trụ - những thứ như sự cô lập, vi trọng lực, nồng độ carbon dioxide cao và các tia vũ trụ thiên hà - sẽ đẩy nhanh quá trình rút ngắn và lão hóa của telomere. Để kiểm tra điều này, chúng tôi đã đánh giá chiều dài telomere trong các mẫu máu nhận được từ cả hai cặp song sinh trước, trong và sau nhiệm vụ một năm.
Scott và Mark bắt đầu nghiên cứu với độ dài telomere tương đối giống nhau, phù hợp với thành phần di truyền mạnh. Cũng như mong đợi, chiều dài của telomere Mark Trái đất gắn kết tương đối ổn định trong suốt quá trình nghiên cứu. Nhưng điều đáng ngạc nhiên là, telomere Scott, dài hơn đáng kể ở mọi thời điểm và trong mọi mẫu được thử nghiệm trong không gian vũ trụ. Điều đó hoàn toàn ngược lại với những gì chúng tôi mong đợi.
Hơn nữa, khi Scott Quay trở lại Trái đất, chiều dài telomere rút ngắn nhanh chóng, sau đó ổn định trong những tháng tiếp theo đến mức trung bình trước chuyến bay. Tuy nhiên, từ góc độ lão hóa và nguy cơ mắc bệnh, anh ta có nhiều telomere ngắn hơn sau khi lên vũ trụ so với trước đây. Thách thức của chúng ta bây giờ là tìm ra cách thức và lý do tại sao những thay đổi cụ thể trong không gian như vậy trong động lực học chiều dài telomere đang xảy ra.
Những phát hiện của chúng tôi cũng sẽ có liên quan đến trái đất, vì tất cả chúng ta đều già đi và phát triển các điều kiện liên quan đến tuổi. Các kết quả Nghiên cứu của Twins này có thể cung cấp manh mối mới về các quy trình liên quan và do đó cải thiện sự hiểu biết của chúng tôi về những gì chúng tôi có thể làm để tránh chúng hoặc kéo dài thời gian sức khỏe.
Hiệu quả sức khỏe lâu dài của các chuyến bay vũ trụ trong thời gian dài vẫn chưa được xác định, nhưng Nghiên cứu TWINS thể hiện một bước tiến quan trọng trong hành trình của loài người đến mặt trăng, sao Hỏa và xa hơn nữa và thực hiện khoa học viễn tưởng.
Susan Bailey, Giáo sư Sinh học và Ung thư Bức xạ, Đại học Bang Colorado
Bài viết này được tái bản từ Cuộc hội thoại theo giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.
Điểm mấu chốt: Kết quả đến từ hai anh em phi hành gia Kelly sinh đôi trong Nghiên cứu sinh đôi của NASA.
