Космические путешествия представляют многочисленные проблемы, не последняя из которых связана со здоровьем и безопасностью космонавтов. И чем дальше эти миссии отваживаются Землятем значительнее они становятся.
За пределами защитной атмосферы и магнитосферы Земли существует угроза длительного воздействия солнечных и космических лучей. радиация. Но в то время как воздействие радиации можно уменьшить с помощью надлежащей защиты, существует несколько стратегий борьбы с другой серьезной опасностью: длительным воздействием микрогравитации.
На борту Международная космическая станция (ISS), астронавты полагаются на строгий режим упражнений и тренировок с отягощениями, чтобы смягчить физиологические эффекты. К ним относятся атрофия мышц, потеря плотности костей, функция органов, зрение и влияние на сердечно-сосудистую систему, экспрессию генов и центральную нервную систему.
Но как недавний исследование НАСА Как выяснилось, длительные миссии на Марс и в другие места в глубоком космосе должны быть оснащены искусственной гравитацией. В этом исследовании изучались эффекты микрогравитация на плодовых мушках на борту МКС и продемонстрированная искусственная гравитация обеспечивает частичную защиту от этих изменений.
Искусственная гравитация спешит на помощь
Исследование было проведено исследователями из таких учреждений, как Отдел космических биологических наук в Исследовательском центре Эймса НАСА, Исследовательский центр COSMIAC в Университете Нью-Мексико и Ассоциация космических исследований университетов (USRA). Их выводы были опубликованы 6 сентября в журнале Отчеты о ячейках.
В этом исследовании команда провела месячное исследование с использованием многофункциональной платформы переменной гравитации (MVP), коммерческого испытательного стенда на основе центрифуги, который прибыл на МКС в 2019 году. Этот эксперимент имеет отдельные отсеки и обеспечивает мух свежей пищей. как они живут и размножаются.
Это позволило команде содержать разные поколения мух отдельно и под разными уровнями гравитации, причем одни подвергались воздействию микрогравитации (как их коллеги-астронавты на борту МКС), а другие подвергались гравитации, подобной земной (9,8 м/с).2или 1 грамм).
Затем исследовательская группа наблюдала за их поведением с помощью камер, встроенных в оборудование. В разное время некоторые мухи были заморожены и возвращены на Землю для анализа, чтобы увидеть, как различные уровни гравитации влияют на экспрессию их генов и их влияние на их нервную систему. В качестве Джанани Айерученый проекта USRA в Исследовательском центре Эймса НАСА, объяснил в недавнем интервью НАСА. пресс-релиз:
«Микрогравитация представляет опасность для центральной нервной системы, предполагая, что могут потребоваться контрмеры для длительных космических путешествий. Когда мы отправляемся обратно на Луну и на Марс, снижение вредного воздействия микрогравитации будет иметь ключевое значение для обеспечения безопасности будущих исследователей. Это исследование является шагом в правильном направлении для изучения защитных эффектов искусственной гравитации в космосе и понимания адаптации к земным условиям после возвращения из космоса».
Почему плодовые мушки?
Плодовые мушки являются идеальным организмом для такого рода исследований из-за их сходства с людьми с точки зрения клеточных и молекулярных процессов, а также их короткой продолжительности жизни и циклов размножения (два месяца и две недели соответственно).
Почти 75 процентов генов, вызывающих заболевания у людей, являются общими для плодовых мушек, а это означает, что изменения в экспрессии их генов будут напоминать возможные изменения у людей. Кроме того, три недели, которые они проводят в космосе, эквивалентны примерно тридцати годам человеческой жизни, что позволяет ученым за короткий промежуток времени наблюдать за биологической информацией, хранящейся в десятилетиях.
После завершения эксперимента мухи были возвращены на Землю на борту капсулы SpaceX Dragon и доставлены в НАСА Эймс для дальнейшего анализа. В течение двух дней ученые проводили поведенческие и биохимические тесты на этих «летающих насекомых», которые заключались в наблюдении за их перемещениями в среде обитания, клеточными изменениями в их мозгу, влиянием изменений в экспрессии генов на их нервную систему и многим другим.
Затем они объединили свои наблюдения с кадрами с камер MVP и сравнили результаты с контрольной группой, оставшейся на Земле.
Среди изученных моделей поведения ученые изучили, как мухи карабкаются по стенкам своего контейнера — естественная реакция плодовых мушек на постукивание. Они обнаружили, что мухи в условиях микрогравитации были более активны, чем те, которые подвергались воздействию искусственной гравитации, но испытывали трудности во время теста на восхождение по возвращении на Землю.
Послеполетный анализ также показал, что у мух, подвергшихся воздействию микрогравитации, произошли неврологические изменения, в то время как те, которые подверглись воздействию искусственной гравитации, стареют по-разному и сталкиваются с менее серьезными проблемами при акклиматизации после возвращения.
Планирование будущих полетов
Эти результаты свидетельствуют о том, что космический полет вызывает стресс, который приводит к негативным поведенческим и неврологическим последствиям, а также к изменениям экспрессии генов в мозге мух. Они также предполагают, что искусственная гравитация может смягчить эти эффекты во время космического полета, хотя все еще существуют долгосрочные проблемы, когда дело доходит до повторной акклиматизации на Земле.
Хотя эти результаты не могут точно предсказать влияние на здоровье человека, они предлагают приближение и хорошую отправную точку для будущих исследований. Как резюмировал доктор Сиддхита Мхатре, старший научный сотрудник KBR Wyle в Ames и автор статьи:
«В связи с предстоящими длительными полетами в дальний космос, где астронавты будут подвергаться воздействию различных уровней гравитации, крайне важно, чтобы мы понимали влияние измененной гравитации на неврологическую функцию. Если мы сможем использовать искусственную гравитацию, чтобы отсрочить дефицит, связанный с космосом, возможно, мы сможем продлить сроки будущих миссий. А полеты в космос вместе с астронавтами помогут нам продолжить наши усилия по сохранению здоровья астронавтов».
НАСА в настоящее время исследует центрифуги и искусственную гравитацию для космических станций и миссий в дальний космос. Примеры включают концептуальное исследование НАСА под названием «Неатмосферный универсальный транспорт, предназначенный для длительной разведки США(NAUTILUS-X), вращающийся модуль в форме тора, который обеспечивал бы искусственную гравитацию.
НАСА также предложило, чтобы демонстрационный модуль ( Демонстрация центрифуги МКС) может стать спальным модулем для экипажа МКС. Этот модуль будет иметь диаметр 9,1 м (30 футов), внутренний диаметр 0,76 м (2,5 фута) и обеспечивать от 0,08 до 0,51 грамм частичной гравитации.
Он также был предназначен для проверки концепции более крупного тора, который можно было бы интегрировать в возможный космический корабль, известный как многоцелевой космический исследовательский корабль (MMSEV). Эта концепция и аналогичные исследования подчеркивают важность мер по охране здоровья и безопасности космонавтов при длительных космических полетах.
Поскольку НАСА и другие космические агентства отправляют астронавтов на Луну (на этот раз, чтобы остаться) и выполняют миссии с экипажем на Марс и за его пределы, искусственная гравитация может стать обычным явлением для космических кораблей, космических станций и даже наземных обитателей.
Эта статья была первоначально опубликована на Вселенная сегодня Мэтт Уильямс. Читать оригинал статьи здесь.
