太空是一个充满敌意的地方。我们可能已经开发出了将宇航员送入轨道并让他们安全回家的技术,但科学家们仍在研究太空旅行如何影响人类健康,尤其是从长远来看。
这在任何事情之前都是必不可少的计划中的火星任务继续进行,以确保这些重大飞行中宇航员的健康和安全。
我们已经从宇航员研究中知道——也许最著名的是,NASA 双胞胎研究共同主演同卵双胞胎斯科特和马克·凯利——延长的时空影响血液流向大脑,改变肠道微生物组,增加炎症和原因视力模糊,骨骼脆弱和肌肉萎缩。
模拟太空飞行的小鼠研究也表明,进入太空使免疫系统老化和损害大脑。
现在,经过巨大的集体努力,科学家们发表了近 30 篇研究太空旅行相关健康风险的论文。
该集合相当于有史以来最大的太空生物学数据集,并对太空苍蝇、蠕虫、老鼠,当然还有宇航员的观察结果进行了一些大量分析。
一些结果重申了我们对与太空相关的健康问题的了解,而其他研究则提供了新的见解,澄清了之前的结果,或者找到了改进未来实验的方法。
“尽管过去十年在了解[太空旅行]的健康风险方面取得了重大进展,但仍需要进行更多研究,以实现[近地轨道]之外更安全的人类太空探索,包括月球、和深空任务,”研究人员写一篇总体评论论文位于该系列的前面。
太空旅行的健康危险首先是宇航员在升空时感受到的重力,然后是在太空中暴露于危险的太空辐射和微重力。
例如,在前往火星的危险旅程中,宇航员将远远超出地球的保护性磁层,并在他们冒险前往我们最近的行星邻居并返回的相当长一段时间内暴露在宇宙辐射下。
对于在低重力环境中盘旋的宇航员国际空间站(国际空间站)目前宇航员停留时间最长的是 437 天。显然,要真正了解长途太空飞行可能带来的健康风险,我们还有很长的路要走,科学家们只需要利用我们所掌握的数据即可。
本集中发表的许多研究都汇集或重新分析了以前实验的数据,这些数据通过开放访问数据门户(例如 NASA 的数据门户)提供给研究人员基因实验室平台。
像这样组合数据是加强分析结果的一种方法(研究人员通常会看看一个数据集中的发现是否适用于另一个数据集中),并最大限度地利用从昂贵的航天飞行中收集的数据。
“跨多个模型和人类研究的集体分析可以更全面地了解空间环境对生理和人类健康相关的影响,”研究人员写道,解释他们的方法。
一项研究例如,分析了近 60 名宇航员和数百个 GeneLab 样本的数据,寻找一种通用机制,将在不同基因、细胞、组织、身体系统、器官和肌肉中观察到的广泛健康变化联系起来。
总体而言,这项研究显示了线粒体功能的“系统性转变”——线粒体是我们细胞内的能量组,将氧气和营养物质转化为能量。
“我们一遍又一遍地发现,线粒体调节正在发生一些事情,使一切都变得不正常。”说Afshin Beheshti,美国宇航局艾姆斯研究中心的生物信息学家。
这可能解释了宇航员免疫系统和昼夜节律中观察到的破坏,作者写。
另一项研究将凯利双胞胎的数据与 11 名无关的宇航员进行了比较,这些宇航员在国际空间站呆了大约六个月,专门观察了他们的端粒。这些是我们染色体末端的保护帽,通常会随着年龄的增长而受到侵蚀。
出乎意料的是,研究人员发现,一些宇航员的端粒在太空飞行期间变长了,但返回后该群体的端粒普遍比飞行前更短。
“展望未来,我们的目标是更好地了解潜在机制,了解人体在长期太空飞行期间发生的情况,以及人与人之间的差异,”说苏珊·贝利 (Susan Bailey),科罗拉多州立大学端粒生物学专家。 “并不是每个人的反应都一样。”
还有一些有趣的发现学习重新分析了美国宇航局双胞胎研究的数据。研究表明,当斯科特·凯利返回地球时(在国际空间站停留 340 天后),在他的血液中观察到的炎症分子激增可能是肌肉再生的标志,而不是免疫反应。
这些研究显然受到我们可以送入太空的宇航员和动物数量极少的限制——这就是蠕虫和苍蝇的用武之地。使用这些生物是扩大航天实验规模的简单方法,因此它们在论文中占有重要地位, 也。
蛔虫的研究在国际空间站上发现了大约 1,000 个基因的细微变化,特别是那些与神经细胞功能相关的基因,而另一项研究这次针对的是苍蝇,表明在微重力下长时间停留会降低它们的心脏跳动强度。
总而言之,这本论文集是来自 NASA 和其他政府机构、大学和航空航天工业团体的约 200 名研究人员的工作,为我们了解太空中的健康风险做出了坚实的贡献。
发表论文的完整列表已在该杂志上整理细胞。