Результаты экспериментов с астрономическими близнецами
В 2015–2016 годах NASA провело уникальный научный проект — эксперимент с близнецами Келли. Участниками стали Скотт Келли, который провёл на борту Международной космической станции (МКС) 340 дней подряд, и его брат-близнец Марк Келли, остававшийся на Земле. Оба — опытные астрономы, что сделало их идеальными кандидатами для исследования.
Целью эксперимента было изучить влияние длительного пребывания в космосе на организм человека, особенно на клеточном и генетическом уровнях. Поскольку у близнецов почти одинаковый генетический материал, это позволило учёным исключить индивидуальные различия и сосредоточиться на эффектах, вызванных воздействием микрогравитации, радиации и других факторов космического полёта.
Основные направления исследований
В рамках эксперимента ученые изучали:
- Изменения в ДНК (эпигенетика, теломеры);
- Гормональный и иммунный статус;
- Физиологические изменения (сердечно-сосудистая система, зрение, костная и мышечная ткань);
- Когнитивные способности (внимание, память, реакция);
- Микробиом кишечника;
- Уровень белков и метаболитов в крови.
Для этого у Скотта и Марка собирались образцы крови, мочи и других биоматериалов до, во время и после полёта. Также велись наблюдения за физическим состоянием, психологическим здоровьем и реакцией организма на стандартные тесты.
Изменения на уровне ДНК
Космонавты Скотт и Марк Келли
Одним из самых неожиданных открытий стало то, что около 7% генов Скотта Келли не вернулись к нормальному уровню активности после возвращения на Землю. Большинство изменений в экспрессии генов были временные, но некоторые затронули:
- Работу иммунной системы
- Процессы воспаления
- Реакцию на окислительный стресс
- Регенерацию клеток
Также наблюдалось укорочение теломеров во время полёта, что может быть связано с ускоренным старением или стрессовым состоянием организма. Однако после возвращения большинство теломер снова удлинилось, что указывает на сложную динамику этих процессов.
Физиологические изменения
Сердечно-сосудистая система
- После возвращения у Скотта наблюдалось увеличение толщины стенок сонной артерии, что может быть связано с перераспределением жидкостей в условиях невесомости.
- Было замечено повышение уровня маркеров воспаления, таких как цитокины и другие сигнальные молекулы.
Глаза и зрение
- У многих астронавтов, проведших долгое время на орбите, наблюдаются изменения формы глаза и снижение зрения. У Скотта Келли также зафиксировали утолщение сетчатки и смещение хрусталика.
Кости и мышцы
- Как и у других астронавтов, у Скотта произошло незначительное снижение плотности костей, хотя он регулярно занимался физическими упражнениями.
- Мышечная масса и тонус также уменьшились, но восстановились через несколько месяцев после возвращения.
Иммунитет и микробиом
В космосе у Скотта наблюдалось изменение состава кишечных бактерий — микробиома. Это могло быть связано с изменением питания, стрессом, условиями полёта и микрогравитацией.
Интересно, что прививка против гриппа, сделанная ему в космосе, сработала так же эффективно, как и на Земле, что даёт надежду на проведение вакцинаций в будущих межпланетных миссиях.
Когнитивные функции
После возвращения было отмечено небольшое снижение когнитивных способностей — в том числе скорости реакции и концентрации внимания. Однако эти изменения, по всей видимости, были временными, связанными с адаптацией к земной гравитации.
Эпигенетические изменения
Учёные обнаружили изменения в метилировании ДНК, которое влияет на то, какие гены активны, а какие выключены. Эти изменения могут быть связаны с:
- повышенным уровнем окислительного стресса;
- действием космической радиации;
- общим физиологическим напряжением организма.
Некоторые из этих изменений сохранялись даже спустя 9 месяцев после возвращения на Землю, что указывает на возможные долгосрочные последствия космических путешествий.
Парадокс близнецов и теория относительности
Хотя основная цель эксперимента была биологической, его название и результаты заставили вспомнить знаменитый парадокс близнецов, предложенный Альбертом Эйнштейном в рамках специальной теории относительности.
По теории:
Если один из близнецов отправится в космическое путешествие со скоростью, близкой к световой, то по возвращении он будет моложе своего брата, оставшегося на Земле.
Хотя МКС движется намного медленнее (около 28 000 км/ч), эффект замедления времени всё равно проявляется. По расчётам, Скотт Келли стал на доли секунды моложе, чем если бы он оставался на Земле.
Результаты и дальнейшие выводы
Эксперимент показал, что длительное пребывание в космосе вызывает значительные, но обратимые изменения в организме человека. Некоторые из них:
- Стойкие эпигенетические изменения, которые могут повлиять на риск возникновения заболеваний;
- Повреждение ДНК, вызванное радиацией;
- Снижение когнитвных функций в первые месяцы после возвращения;
- Изменения в микробиоме, которые частично восстановились со временем.
Однако эксперимент был ограничен небольшим числом участников — всего двое. Поэтому учёные подчеркивают, что полученные данные показательны, но недостаточны для универсальных выводов. Они используются как база для планирования новых исследований, в том числе с участием других астронавтов, чтобы понять, насколько типичны эти изменения.
Что дальше?
NASA продолжает исследования в рамках программы Human Research Program, которая готовит человечество к межпланетным полётам, в том числе к полёту на Марс, который может занять около трёх лет.
Сейчас проводятся новые исследования, в том числе:
- One-Year Mission с участием Скотта Келли и Михаила Корниенко;
- Изучение воздействия радиации при помощи моделирования условий космоса на Земле;
- Анализ работы головного мозга и нейронных связей у астронавтов;
- Изучение рисков раковых заболеваний и нарушений работы иммунной системы.
Интересные факты
- Скотт Келли и Марк Келли — не просто близнецы, но и настоящие герои американской космической программы. Оба — опытные пилоты и космонавты.
- Перед экспериментом они уже имели разный опыт: Скотт провёл в космосе около 540 дней, тогда как Марк — только 54 дня.
- За время эксперимента было собрано более 400 образцов крови, сотни проб мочи и данных с биомедицинских тестов.
- Исследование показало, что космос меняет не только тело, но и мозг, особенно в плане пространственного восприятия и координации.
Похожие статьи
В 2015–2016 годах NASA провело уникальный научный проект — эксперимент с близнецами Келли. Участниками стали Скотт Келли, который провёл на борту Международной космической станции (МКС) 340 дней подряд, и его брат-близнец Марк Келли, остававшийся на Земле. Оба — опытные астрономы, что сделало их идеальными кандидатами для исследования.
Целью эксперимента было изучить влияние длительного пребывания в космосе на организм человека, особенно на клеточном и генетическом уровнях. Поскольку у близнецов почти одинаковый генетический материал, это позволило учёным исключить индивидуальные различия и сосредоточиться на эффектах, вызванных воздействием микрогравитации, радиации и других факторов космического полёта.
Основные направления исследований
В рамках эксперимента ученые изучали:
- Изменения в ДНК (эпигенетика, теломеры);
- Гормональный и иммунный статус;
- Физиологические изменения (сердечно-сосудистая система, зрение, костная и мышечная ткань);
- Когнитивные способности (внимание, память, реакция);
- Микробиом кишечника;
- Уровень белков и метаболитов в крови.
Для этого у Скотта и Марка собирались образцы крови, мочи и других биоматериалов до, во время и после полёта. Также велись наблюдения за физическим состоянием, психологическим здоровьем и реакцией организма на стандартные тесты.
Изменения на уровне ДНК
Космонавты Скотт и Марк Келли
Одним из самых неожиданных открытий стало то, что около 7% генов Скотта Келли не вернулись к нормальному уровню активности после возвращения на Землю. Большинство изменений в экспрессии генов были временные, но некоторые затронули:
- Работу иммунной системы
- Процессы воспаления
- Реакцию на окислительный стресс
- Регенерацию клеток
Также наблюдалось укорочение теломеров во время полёта, что может быть связано с ускоренным старением или стрессовым состоянием организма. Однако после возвращения большинство теломер снова удлинилось, что указывает на сложную динамику этих процессов.
Физиологические изменения
Сердечно-сосудистая система
- После возвращения у Скотта наблюдалось увеличение толщины стенок сонной артерии, что может быть связано с перераспределением жидкостей в условиях невесомости.
- Было замечено повышение уровня маркеров воспаления, таких как цитокины и другие сигнальные молекулы.
Глаза и зрение
- У многих астронавтов, проведших долгое время на орбите, наблюдаются изменения формы глаза и снижение зрения. У Скотта Келли также зафиксировали утолщение сетчатки и смещение хрусталика.
Кости и мышцы
- Как и у других астронавтов, у Скотта произошло незначительное снижение плотности костей, хотя он регулярно занимался физическими упражнениями.
- Мышечная масса и тонус также уменьшились, но восстановились через несколько месяцев после возвращения.
Иммунитет и микробиом
В космосе у Скотта наблюдалось изменение состава кишечных бактерий — микробиома. Это могло быть связано с изменением питания, стрессом, условиями полёта и микрогравитацией.
Интересно, что прививка против гриппа, сделанная ему в космосе, сработала так же эффективно, как и на Земле, что даёт надежду на проведение вакцинаций в будущих межпланетных миссиях.
Когнитивные функции
После возвращения было отмечено небольшое снижение когнитивных способностей — в том числе скорости реакции и концентрации внимания. Однако эти изменения, по всей видимости, были временными, связанными с адаптацией к земной гравитации.
Эпигенетические изменения
Учёные обнаружили изменения в метилировании ДНК, которое влияет на то, какие гены активны, а какие выключены. Эти изменения могут быть связаны с:
- повышенным уровнем окислительного стресса;
- действием космической радиации;
- общим физиологическим напряжением организма.
Некоторые из этих изменений сохранялись даже спустя 9 месяцев после возвращения на Землю, что указывает на возможные долгосрочные последствия космических путешествий.
Парадокс близнецов и теория относительности
Хотя основная цель эксперимента была биологической, его название и результаты заставили вспомнить знаменитый парадокс близнецов, предложенный Альбертом Эйнштейном в рамках специальной теории относительности.
По теории:
Если один из близнецов отправится в космическое путешествие со скоростью, близкой к световой, то по возвращении он будет моложе своего брата, оставшегося на Земле.
Хотя МКС движется намного медленнее (около 28 000 км/ч), эффект замедления времени всё равно проявляется. По расчётам, Скотт Келли стал на доли секунды моложе, чем если бы он оставался на Земле.
Результаты и дальнейшие выводы
Эксперимент показал, что длительное пребывание в космосе вызывает значительные, но обратимые изменения в организме человека. Некоторые из них:
- Стойкие эпигенетические изменения, которые могут повлиять на риск возникновения заболеваний;
- Повреждение ДНК, вызванное радиацией;
- Снижение когнитвных функций в первые месяцы после возвращения;
- Изменения в микробиоме, которые частично восстановились со временем.
Однако эксперимент был ограничен небольшим числом участников — всего двое. Поэтому учёные подчеркивают, что полученные данные показательны, но недостаточны для универсальных выводов. Они используются как база для планирования новых исследований, в том числе с участием других астронавтов, чтобы понять, насколько типичны эти изменения.
Что дальше?
NASA продолжает исследования в рамках программы Human Research Program, которая готовит человечество к межпланетным полётам, в том числе к полёту на Марс, который может занять около трёх лет.
Сейчас проводятся новые исследования, в том числе:
- One-Year Mission с участием Скотта Келли и Михаила Корниенко;
- Изучение воздействия радиации при помощи моделирования условий космоса на Земле;
- Анализ работы головного мозга и нейронных связей у астронавтов;
- Изучение рисков раковых заболеваний и нарушений работы иммунной системы.
Интересные факты
- Скотт Келли и Марк Келли — не просто близнецы, но и настоящие герои американской космической программы. Оба — опытные пилоты и космонавты.
- Перед экспериментом они уже имели разный опыт: Скотт провёл в космосе около 540 дней, тогда как Марк — только 54 дня.
- За время эксперимента было собрано более 400 образцов крови, сотни проб мочи и данных с биомедицинских тестов.
- Исследование показало, что космос меняет не только тело, но и мозг, особенно в плане пространственного восприятия и координации.
