太空是一個充滿敵意的地方。我們可能已經開發出了將太空人送入軌道並使他們安全返回家園的技術,但是科學家們仍在弄清楚太空旅行如何影響人類健康,尤其是從長遠來看。
在進行任何計劃的前往火星的任務之前,這是至關重要的,以確保這些重要飛行中太空人的健康和安全。
我們已經從太空人研究(眾所周知的NASA的同卵雙胞胎史考特和馬克·凱利)中知道,延長的時空會影響大腦的血液流動,改變腸道微生物組,增加炎症並導致視力模糊,骨骼變脆,和肌肉消瘦。模仿太空飛行的小鼠研究還表明,進入太空會使免疫系統老化並損害大腦。
現在,在研究人員的集體努力下,科學家發表了近三十篇論文,探討了與太空旅行有關的健康風險。
收集的數據是有史以來最多的空間生物學數據集,並且對從飛行中的果蠅、蠕蟲、小鼠,當然還有太空人進行的觀測進行了大量分析。其中一些結果重申了我們對與太空相關的健康問題的了解,而其他研究則提供了新的見解,澄清了以前的結果,或者找到了改善未來實驗的方法。
「儘管在過去十年中在了解[太空旅行]的健康風險方面取得了重大進展,但仍需要進行更多的研究,以使更安全的人類太空探索能夠超越[低地球軌道],包括月球、火星和深空任務,」研究人員在該系列的首要綜述文件中寫道。
太空旅行的健康風險始於太空人在升空時感受到的重力,並繼續暴露於太空中時暴露於危險的空間輻射和微重力中。
例如,在前往火星的危險旅程中,太空人將遠遠超出地球的保護磁層,並在很長一段時間內暴露於宇宙輻射,這將使他們冒險前往我們最近的行星鄰居並返回。
對於在國際空間站(ISS)上低重力徘徊的太空人來說,目前最長的停留時間是437天。顯然,要真正理解長途太空飛行可能帶來的健康風險,我們還有很長的路要走,而科學家只需使用我們獲得的數據即可。
該館藏中發表的許多研究都匯集或重新分析了以前通過開放存取數據門戶(例如NASA的GeneLab平臺)提供給研究人員的實驗數據。
像這樣組合數據是一種加強結果分析的方法(研究人員通常希望查看在一個數據集中發現的內容在另一個數據集中是否成立),並使從昂貴的太空飛行中收集的數據最大化。
研究人員寫道:「對多個模型和人類研究進行的集體分析可以使人們對空間環境的生理和人類健康相關影響有更全面的了解。」
例如,一項研究分析了來自近60名太空人和數百個GeneLab樣本的數據,以尋找一種通用機制,將在不同基因、細胞、組織、身體系統、器官和肌肉中觀察到的廣泛的健康變化聯繫在一起。
整個研究表明,線粒體的功能發生了「系統性變化」,線粒體是細胞內的能量包,將氧氣和營養物質轉化為能量。
NASA艾姆斯研究中心的生物信息學家阿夫申·貝赫什蒂(Afshin Beheshti)說:「我們一遍又一遍地發現,線粒體規律正在發生某些事情,這一切都一發不可收拾。」
這組作者寫道,這也許可以解釋在太空人的免疫系統和晝夜節律中觀察到的破壞。
另一項研究將來自凱利雙胞胎的數據與11名無關的太空人進行了比較,這些太空人在國際空間站上花費了大約六個月的時間,專門研究了他們的端粒。這些是我們染色體末端的保護帽,通常隨著年齡的增長而逐漸消失。
出乎意料的是,研究人員發現,某些太空人的端粒在太空飛行過程中變長,但返回後的群體端粒通常比飛行前短。
科羅拉多州州立大學端粒生物學專家蘇珊·貝利(Susan Bailey)表示:「展望未來,我們的目標是更好地了解潛在的機制,人體長時間太空飛行中發生的事情以及人與人之間的變化情況。」「並不是每個人的反應都一樣。」
一項研究還從NASA的雙胞胎研究數據中重新分析了一些有趣的發現。這表明,凱利回到地球(在國際空間站(ISS)上340天後)血液中觀察到的炎症分子峰值可能是肌肉再生的標誌,而非免疫反應。
這些研究顯然受到我們能夠將少量太空人和動物送入太空所限制的————蠕蟲和果蠅被送進了國際空間站。使用這些生物是擴大太空飛行實驗的一種簡單方法,因此它們也出現在論文中。
一項對國際空間站上蠕蟲的研究發現,大約有1,000個基因發生了細微的變化,特別是與神經細胞功能相關的基因,而對果蠅的研究表明,長時間停留在微重力中會降低其跳動心臟的力量。
總而言之,這些論文集(來自NASA和其他政府機構,大學以及航空航天工業集團的200多名研究人員的工作)為我們對太空中的健康風險的理解做出了堅實的貢獻。