نتایج مطالعه مهم ناسا درباره اثرهای سفر فضایی در دوقلوی فضانورد

بدن انسان برای فعالیت در وضعیت ریزگرانش (محیط‌‌هایی با میزان گرانش ضعیف‌‌تر) یا تحمل تشعشعات فضایی تکامل پیدا نکرده است. ازاین‌رو، وقتی اسکات کِلی، فضانورد ناسا، حدود یک سال از عمرش را در مأموریت سال ۲۰۱۵ در ایستگاه فضایی بین‌المللی سپری کرد، بدن او فشارهای فراوانی تحمل کرد. در‌مقایسه‌‌با وضعیت برادر دوقلویش، مایعات موجود در سر و بخش فوقانی بدن اسکات متورم و کدهای زنتیکی خاصی در او فعال شدند و سیستم دفاعی او دچار فعالیت بیش‌‌ازاندازه‌‌ای شد. مارک کِلی نیز در فعالیت‌‌های فضایی شرکت کرد؛ اما در این مأموریت بلندمدت، وی روی زمین سکونت داشت. این درحالی بود که برادرش، اسکات، در این مدت دچار کاهش وزن، ناپایداری در ژنوم، تورم در رگ‌های خونی، تغییرشکل چشم، تغییر سوخت‌وساز و التهاب در میکروبیوم بدن خود شد. وی حتی تغییری عجیب در افزایش طول تلومر کروموزم‌‌های خود نیز تجربه کرد که البته پس از بازگشت به زمین، دوباره به وضعیت عادی بازگشت.

در پژوهش روی بدن این دوقلوهای همسان، ۱۲ دانشگاه و ۸۴ پژوهشگر مشارکت کردند تا تغییرات دقیق بدن این دو را دنبال کنند. با اینکه این تحقیقات ازلحاظ مقیاس بسیار محدود بوده است، امید می‌‌رود نتایج حاصل از آن برای تحقیقات آتی دانشمندان روی مأموریت طولانی‌‌تر به‌‌ مقصد ماه و مریخ مؤثر واقع شود.

اسکات کلی در‌حال‌آزمایش تست تشخیصی روی یکی از باتری‌‌های موجود در ایستگاه بین‌‌المللی فضایی

از سال ۱۹۹۶، همواره علاقه‌‌ی فراوانی برای مطالعه‌‌ی اثرهای سفرهای فضایی روی دوقلوهای فضانورد وجود داشت و این مأموریت یک‌ساله‌‌ی اسکات به‌‌همراه میخائیل کورنیکو، فضانورد روسی، موقعیت ایده‌‌آلی برای انجام چنین مطالعه‌‌ای محسوب می‌‌شد.

این مباحث به شکل‌‌گیری مطالعه‌‌ای گسترده روی دوقلوها منجر شد که نتایج کامل آن اولین‌بار و به‌‌دنبال انتشار نتایج اولیه در سال‌‌های ۲۰۱۷ و ۲۰۱۸، هم‌‌اکنون دراختیار عموم قرار گرفته است. این مجموعه‌ی جدید از اطلاعات با استفاده از آزمایش‌هایی فشرده و دقیق روی مدار و در سطح زمین (حتی تا چندین ماه پس از فرود اسکات) شکل گرفته است. به‌‌گفته‌‌ی پژوهشگران، این مطالعه یکی از مطالعات عمیق‌‌ بیوشیمیایی درزمینه‌ی بدن فضانوردان بوده است.

یکی از تغییرات جالب‌‌ مدنظر پژوهشگران، تغییرات ژنتیکی دیده‌‌شده در بدن این فضانورد است. برای روشن‌شدن موضوع باید گفت این تغییرات در خود DNA نبوده؛ بلکه تنها به‌صورت فعال‌‌سازی ژن‌هایی نمایان شده که در واکنش به وضعیت محیطی، پروتئین‌‌هایی خاص تولید می‌‌کرده‌‌اند. شایان ذکر است پژوهشگران ژنوم اسکات را با ژنوم مارک مقایسه نکرده‌‌اند؛ بلکه فقط تغییرات ژنوم اسکات را در سفر فضایی‌‌اش با تغییرات ژنوم برادرش در مدت حضور روی زمین مقایسه کرده‌اند. کریستوفر میسون، متخصص ژنتیک در مرکز پزشکی ویل کورنل در نیویورک می‌‌گوید:

به‌‌محض اینکه [اسکات] وارد فضا شد، برخی تغییرات در مقیاسی بزرگ در بیش از ۱,۰۰۰ ژن وی آغاز شد که درواقع، فعالانه در‌حال‌تغییر بودند. بنابراین، به‌‌وضوح بدن و سلول‌های آن در‌حال‌تطبیق خود با وضعیت موجود بودند.

او اضافه کرد:

نوعی غنی‌‌سازی در انواعی از ژن‌ها را شاهد بودیم که ضمن فعال‌‌سازی واکنش DNA دربرابر آسیب‌‌ها، تعمیر DNA و نیز تنظیم طول تلومر آن را نیز فعال کردند. همچنین، به‌‌طور چشمگیری بیشتر مجموعه‌ژن‌‌های فعال‌‌شده در تنظیم سیستم ایمنی بدن شرکت داشتند که این امر نشان می‌داد سیستم ایمنی تقریبا در حالت آماده‌باش کامل بوده تا بتواند شرایط محیط جدید را درک کند.

میسون حتی افزود در نیمه‌‌ی دوم مأموریت اسکات، تعداد ژن‌های بیشتری در او تغییر سطح فعالیت خود تا ۶ برابر میزان ثبت‌‌شده در نیمه‌‌ی اول مأموریت را شروع کرده‌‌اند.

اندرو فینبرگ، مدیر مرکز مطالعات اپی‌‌ژنتیک در دانشگاه جان‌هاپکینز و از نویسندگان این مطالعه می‌‌گوید:

بااین‌‌حال، شدت تغییرات رخ‌‌داده در برخی ژن‌‌های منحصربه‌‌فرد در اسکات، با تحولاتی که خودش در‌حال‌تجربه‌‌ی آن‌‌ها بوده، بسیار سازگار بوده است؛ تحولاتی که با تغییرات در طول تلمور، التهاب، پاسخ ایمنی و فعالیت استخوان‌ها در ارتباط بودند.

یکی از نکات عجیبی که پژوهشگران موفق شدند آن را ثبت کنند، افزایش طول در کلاهک‌‌های حفاظتی کروموزوم‌‌ها یا همان تلمورها بودند که البته پس از بازگشت فضانورد به زمین، دوباره به طول عادی خود بازگشتند و حتی اندکی کوتاه‌‌تر هم شدند. سوزان بیلی، پژوهشگر دانشگاه ایالتی کلرادو و از نویسندگان همکار در این مطالعه، دراین‌باره می‌‌گوید:

تلمورها درواقع دنباله‌‌های کروموزوم هستند که در حین افزایش سن، کوتاه‌‌تر می‌‌شوند. آن‌ها می‌توانند به‌‌عنوان معیاری برای تسریع فرایند پیری یا برخی از خطرهای متوجه سلامتی نظیر بیماری‌های قلبی عروقی یا سرطان در نظر گرفته شوند. بنابراین، بر این تصور بودیم که انواع تنش‌های منحصر‌‌به‌‌فرد و نیز قرارگیری درمعرض ریزگرانش و تشعشعات شدید فضایی می‌‌تواند فرایند کاهش طول تلمورها را در فرد تسریع کند.

بیلی می‌‌گوید برای اینکه علت افزایش غیرمعمول طول تلمورها در حین مأموریت و نیز کاهش غیرمنتظره‌‌ی طول آن‌‌ها طی دو روز پس از بازگشت به زمین را دریابد، به مطالعه‌‌ی نتایج پژوهش‌‌های دیگران، ازجمله تحقیقات روی «بیان ژنی» و دیگر تغییرات فیزیولوژیکی روی آورده است. بااین‌حال، او هشدار می‌‌دهد:

گمان نمی‌کنم کشیدگی طول این تلمورها واقعا ارتباطی با آغاز فرایند جوان‌‌سازی داشته باشد و مردم نباید انتظار داشته باشند به‌‌‌دلیل زندگی در فضا می‌‌توانند بیشتری عمر کنند.

درواقع، باید گفت کاهش میانگین طول این تلمورها پس از مأموریت، می‌‌تواند نشانه‌‌ای از خطر ابتلا به بیماری‌‌های مرتبط‌ با پیری در فضانوردان باشد.

همچنین، پژوهشگران می‌‌گویند برخی از آسیب‌‌های مرتبط با DNA نظیر بازآرایش کروموزومی و پاسخ ترمیم DNA می‌‌تواند ناشی از حجم تشعشات دریافتی بدن اسکات در ایستگاه فضایی بین‌‌المللی باشد. این تشعشعات در سفرهای دورتر به مقصد ماه و مریخ می‌‌تواند به ۸ برابر سطح مشاهده‌‌شده در ایستگاه بین‌‌المللی نیز برسد.

اسکات و مارک کِلی در رویداد خبری در سال ۲۰۱۵. این تصویر پیش از آغاز مأموریت تقریبا یک‌‌ساله‌‌ی اسکات در ایستگاه فضایی بین‌المللی ثبت شد

پژوهشگران دریافتند بسیاری از تأثیراتی که اسکات در مأموریت فضایی‌اش تجربه کرده‌ بود (شامل ۹۱.۳ درصد از تغییرات دیده‌‌شده در سطح فعالیت ژن‌ها)، بعد از ۶ ماه پس از بازگشت به زمین، به حالت عادی برگشته‌‌اند.

نسبت جمعیتی در میکروبیوم موجود در روده‌‌های اسکات در مأموریت دستخوش تغییر شد؛ ولی پس از بازگشت، به سطح عادی خود بازگشت. همچنین، تنوع زیستی این میکروبیوم در طول سفر دست‌‌نخورده باقی ماند. به‌‌گفته‌‌ی خود اسکات، وی پس از ۸ ماه اقامت در زمین، توانسته دوباره به شرایط کاملا عادی سابقش بازگردد. وی می‌گوید:

به‌‌‌‌شخصه احساس می‌‌کنم مدت حضورم در فضا ارتباط کاملا نزدیکی با مدت درگیری با عوارض این مأموریت در سطح زمین داشته است. مدت مأموریت‌‌های من از ۷ روز به ۱۵۹ و سپس، به ۳۴۰ روز رسید. شگفت‌‌انگیز آنکه با دوبرابرشدن مدت مأموریت من در فضا، میزان ناخوشی من پس از این مأموریت نیز به دوبرابر دفعه‌ی قبل رسید.

اسکات می‌‌گوید باوجوداین، بزرگ‌ترین مشکل او پس از پرواز ممکن است مشکلات روان‌شناختی باشد. او توضیح می‌‌دهد:

شما این وضعیت را زمانی تجربه کنید که برای مدتی طولانی در محیط بسیار کنترل‌شده مجبور به زندگی باشید و سپس، ناگهان دیگر چنین شرایطی وجود نداشته باشد. برای من بازگشتن به روال عادی زندگی نه صرفا شرایط فیزیکی چیزی حدود ۸ ماه زمان برد.

البته، مسافران احتمالی آینده نیز مجبور خواهند بود با تأثیرات به‌‌مراتب طولانی‌تر و ماندگارتری مقابله کنند. این تغییرات می‌‌تواند از عوارض آسیب‌‌های احتمالی به DNA به‌‌‌دلیل وجود تشعشعات، تغییرات در حجم مایعات بدن به‌‌‌دلیل ریزگرانش و نیز افزایش ضخامت عروق خونی مغز و بیماری‌‌های قلبی باشد. همین تغییرات در حجم مایعات به برخی تغییرات در شکل چشم و مشکلاتی دیگر منجر شد که به سلامت بینایی اسکات آسیب زد. پژوهشگران همچنان به‌‌دنبال ژن‌‌هایی هستند که مانند فعال‌‌سازی ترمیم‌‌های DNA حین مأموریت‌‌های فضایی دچار تغییراتی در فعال‌‌سازی می‌‌شوند.

پژوهشگران امیدوارند با پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌‌هایی نظیر رصد توالی DNA فضانوردان و روش‌‌های تازه در آنالیز اپی‌‌ژنتیک، بتوانند مطالعات بیشتری روی مسافران فضایی طی مأموریت‌‌های بلند‌‌مدت‌‌تر انجام دهند.

بیل پالوسکی، مدیربرنامه‌‌ی تحقیقات انسانی ناسا، در بیانیه‌‌ای اظهار امیدواری کرده که بتواند این برنامه‌‌های مطالعاتی را برای سال‌‌ها در ایستگاه فضایی بین‌‌المللی در خلال برنامه‌‌های مأموریتی یک‌‌ساله‌‌ی دیگری همچنان ادامه دهد که در دست اقدام است. از دیدگاه اسکات، نتایج این مطالعه امیدوارکننده هستند و درمجموع، می‌‌توان گفت عملا مانع بیوشیمیایی مهمی بر سر راه مأموریت بشر به مریخ به‌‌چشم نمی‌‌خورد.

اسکات می‌‌گوید براساس تجربه‌‌ی شخصی خود تصور می‌‌کند مقیاس‌ زمانی موردنیاز برای سفر به مریخ برای فضانوردان چندان مشکل‌‌ساز نخواهد بود؛ اما برای پروازهای طولانی‌‌تر، به‌‌کارگیری برخی فناوری‌‌های جدید ممکن است ضروری به‌‌نظر برسد. او می‌‌افزاید:

فکر می‌کنم وقتی قرار باشد سفرهای فضایی چندین‌ساله را در فضا در نظر بگیریم، احتمالا باید گزینه‌‌هایی نظیر ایجاد گرانش مصنوعی را به‌‌منظور مقابله‌‌ با آثار منفی زندگی در این موقعیت مدنظر قرار دهیم. درغیر این‌صورت، با شرایطی مواجه خواهیم شد که در آن، افراد به‌‌درستی نخواهند توانست مأموریت‌‌های خود را در اقمار مشتری و زحل به‌‌پایان ببرند یا اینکه می‌بینیم بعد از گذراندن ۱۰ سال در فضا، افراد درحالی به زمین بازمی‌‌گردند که کاملا از کار افتاده‌‌اند. بااین‌حال به‌گمان من، هنوز برای نگرانی درباره‌ی چنین مسائلی بسیار زود است.