В знаменитом эйнштейновском мысленном эксперименте, названном парадоксом близнецов, близнец, совершивший вихревой полет в космосе, будет стареть медленнее, чем близнец, оставленный дома на Земле, в результате замедления времени при движении со скоростью света.
Но ученые, изучающие астронавтов-близнецов НАСА в реальном сценарии, обнаружили несколько противоположное: астронавт Скотт Келли, возможно, состарился чуть быстрее в результате своего годичного пребывания на Международной космической станции (МКС) по сравнению со своим земным братом Марком.
Имейте в виду, физические теории Альберта Эйнштейна безопасны; Скотт Келли не двигался даже близко к скорости света. Речь идет о биологической реальности того, что жизнь на орбите - с такими опасностями, как радиация, микрогравитация, плохой сон и стесненные условия - может сказаться на организме, ускоряя процесс старения и, возможно, повышая риск развития рака.
К счастью для Скотта Келли и всех других храбрых душ, отправляющихся в космос, эти вредные эффекты не кажутся чрезмерными, и тело, по-видимому, в основном может восстановиться, согласно наиболее тщательному анализу исследования близнецов НАСА, опубликованного сегодня (апрель). 11) в журнале Science.
Исследование близнецов НАСА
Возможность изучать единственных известных идентичных близнецов, не говоря уже о братьях и сестрах, которые оба путешествовали в космос, была слишком велика для НАСА, чтобы от нее отказаться. Марк участвовал в четырех космических полетах НАСА, каждая из которых длилась менее двух недель, и вышел в отставку в 2011 году.
Скотт также участвовал в четырех космических полетах НАСА, и первые три были короткими. Однако для четвертой миссии НАСА направило Скотта на МКС в течение 342 дней в 2015 году. Цель состояла в том, чтобы изучить последствия длительного космического полета для здоровья, по продолжительности равного девяти месяцам, которые потребуются для полета на Марс. Вместе со Скоттом и Марком НАСА нашло идеальных подопытных и контрольных субъектов, потому что братья имеют одну и ту же ДНК.
Близнецы находились под наблюдением до, во время и после почти годичного полета. Опубликованное сегодня исследование представляет собой 10 отдельных исследований - сверху донизу, то есть от познания мозга и здоровья зрения до изменений в кишечных бактериях - проведенных университетскими биомедицинскими исследователями, в основном не связанными с НАСА.
Ключевым открытием было то, что Скотт в основном восстановился после своего года в космосе после целого года назад на Земле. Но, тем не менее, были некоторые любопытные наблюдения.
Теломеры и радиация
Находясь на орбите, длина теломер Скотта, которые представляют собой молекулярные колпачки, найденные в конце каждой хромосомы, фактически увеличилась, что является признаком обратного старения. Длина теломер обычно уменьшается с возрастом. Это было первое убедительное наблюдение удлинения теломер на Земле или в космосе, по словам Сьюзен Бейли, профессора биологии и онкологии в области радиационного рака в Университете штата Колорадо и одного из ведущих исследователей исследования.
Но Скотт потерял эти успехи в длине, как только он вернулся на Землю и может, на самом деле, нанести длительный ущерб своим теломерам, сказал Бэйли. (Неясно, что заставило теломеров Скотта удлиняться в космосе.)
«Средняя длина теломера Скотта после полета стабилизировалась до уровня, близкого к его предполетному уровню», - сказал Бейли в интервью Live Science. «Тем не менее, у него было намного больше коротких теломер после полета, чем он делал раньше. И именно здесь я думаю, что долгосрочные последствия для здоровья - возможно, повышенный риск ускоренного старения или связанных с ним возрастных патологий, таких как сердечно-сосудистые заболевания и некоторые раки «.
Кроме того, по крайней мере, через год после его полета, у Скотта были длительные изменения в его иммунной системе и системе восстановления ДНК по сравнению с предполетным полетом.
«Мы еще не знаем, хорошо это или плохо, но мы можем сказать, что кажется, что процесс адаптации к условиям Земли занимает немного времени», - сказал Кристофер Мейсон, доцент кафедры физиологии и биофизики в Weill Cornell Medicine. в Нью-Йорке также ведущий следователь по исследованию.
Мейсон сказал Live Science, что также неизвестно, подвержен ли Скотт повышенному риску развития рака в долгосрочной перспективе в результате его воздействия космической и солнечной радиации на борту МКС. И Марк, и Скотт были диагностированы и успешно вылечены от рака простаты в 2007 году, что является признаком их генетического сходства. Скотт, однако, описал потенциальную угрозу рака от космической радиации как бомбу замедленного действия внутри него.
Долгосрочные космические путешествия и здоровье
Несмотря на то, что размер выборки составляет всего одну или, может быть, две, исследование близнецов НАСА имеет широкие последствия для понимания рисков для здоровья при длительных космических путешествиях, сказал Маркус Лобрих, профессор радиационной биологии и репарации ДНК в Дармштадтском технологическом университете. Германия. Лёбрих не участвовал в исследовании, но был соавтором сопутствующей статьи, также опубликованной в журнале Science.
Лёбрих рассказал «Живой науке», что о влиянии космических путешествий на здоровье известно очень мало, но исследование близнецов НАСА сделало первые шаги в количественной оценке рисков. Он сказал, что изменения теломер, например, потенциально серьезны и могут быть результатом излучения частиц. По его словам, доза радиации на миссии на Марс может быть в пять раз выше, чем на миссии на МКС, поэтому НАСА должно подумать о способах защиты космонавтов, путешествующих туда и обратно.
Но Роберт Зубрин, эксперт по радиации, основатель и президент Общества Марса, сказал Live Science, что исследование близнецов НАСА «поддерживает случай, когда радиация не является демонстрацией для миссий на Марсе».
Зубрин, который не участвовал в исследовании, подсчитал, что доза радиации за год на МКС, частично экранированная от солнечной и космической радиации, будет эквивалентна дозе от полугодовой поездки на Марс с самой быстрой скоростью, которая Текущие двигательные методы могут привести нас туда. Таким образом, тот факт, что Скотт Келли не оказал немедленного вредного воздействия в течение своего годичного пребывания на МКС, как это справедливо для других людей, которые имели сопоставимое совокупное облучение в космосе, предвещает хорошие результаты для исследования Марса, сказал Зубрин.
Быстрее добраться до Марса - это лучший сценарий минимизации рисков для здоровья. Путешествуя со скоростью, близкой к скорости света, как близнец Эйнштейна, мы прибыли через несколько минут. За исключением такого фантастического прорыва, нам придется рассчитывать на шесть-девять месяцев. Благодаря Скотту и Марку Келли ученые теперь более уверены, что поездка, какой бы трудной она ни была, скорее всего, не будет смертельной.
Следуйте за Кристофером Ванджеком @wanjek для ежедневных твитов о здоровье и науке. Wanjek является автором «Космические корабли: как люди заселят Луну, Марс и дальше» из издательства Гарвардского университета, весна 2020 г.
