Επιστήμονες αποδεικνύουν πως οι μελλοντικοί αστροναύτες κινδυνεύουν από τη βαρύτητα του Άρη

Σύνοψη

• Νέα ιαπωνική έρευνα (JAXA) που διεξήχθη στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) εξέτασε τα όρια της βαρύτητας που απαιτούνται για την αποτροπή της μυϊκής ατροφίας.
• Τα πειράματα σε ποντίκια με χρήση ειδικού φυγοκεντρητή έδειξαν ότι η βαρύτητα στο 0.67G διατηρεί τη μυϊκή λειτουργία, αλλά το 0.33G προκαλεί σοβαρή φθορά.
• Η βαρύτητα του Άρη υπολογίζεται στο 0.38G, ποσοστό που βρίσκεται επικίνδυνα κοντά στο όριο της εκτεταμένης μυϊκής απώλειας, καθιστώντας τις μακροχρόνιες αποστολές εξαιρετικά ριψοκίνδυνες χωρίς νέα, τεχνητά αντίμετρα.
• Η ανακάλυψη αναγκάζει τις διαστημικές υπηρεσίες (NASA, ESA, JAXA) να επανασχεδιάσουν τα πρωτόκολλα διαβίωσης και ενδεχομένως τον τεχνολογικό εξοπλισμό των μελλοντικών αποικιών.

Η φιλοδοξία της ανθρωπότητας να πατήσει στον Άρη προσκρούει πλέον σε ένα αυστηρό, βιολογικό εμπόδιο. Μέχρι σήμερα, η επιστημονική κοινότητα γνώριζε καλά τις καταστροφικές συνέπειες της μικροβαρύτητας στο ανθρώπινο σώμα, βασιζόμενη στα δεδομένα εκατοντάδων αστροναυτών που έχουν παραμείνει στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). Το ερώτημα, ωστόσο, παρέμενε ανοιχτό σχετικά με τη μερική βαρύτητα. Επαρκεί το ένα τρίτο της γήινης έλξης για να διατηρήσει το μυοσκελετικό μας σύστημα υγιές; Η απάντηση, σύμφωνα με τα νεότερα δεδομένα, είναι αρνητική.

Ποιο είναι το ακριβές όριο βαρύτητας για την ανθρώπινη υγεία;

Σύμφωνα με την έρευνα που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances από ερευνητές της Ιαπωνικής Υπηρεσίας Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης (JAXA), το κατώτατο όριο βαρύτητας για τη διατήρηση της δομής και της λειτουργίας των μυϊκών ινών εντοπίζεται μεταξύ του 0.33G και του 0.67G. Ακριβώς κάτω από αυτόν τον H2 υπότιτλο, πρέπει να καταγραφεί το βασικό εύρημα: τα ποντίκια που εκτέθηκαν σε περιβάλλον 0.67G διατήρησαν πλήρως τη μυϊκή τους λειτουργία και τη σύσταση των μυϊκών ινών τους. Αντιθέτως, η ομάδα ελέγχου που περιορίστηκε στο 0.33G παρουσίασε ραγδαία μυϊκή ατροφία, παρόμοια με εκείνη της πλήρους έλλειψης βαρύτητας (0G).

Η συγκεκριμένη ανακάλυψη δημιουργεί τεράστιες τεχνικές προκλήσεις για τις διαστημικές υπηρεσίες. Ο πλανήτης Άρης διαθέτει επιφανειακή βαρύτητα περίπου στο 38% της Γης (0.38G). Με βάση τα δεδομένα της νέας μελέτης, το 0.38G βρίσκεται οριακά πάνω από την αποδεδειγμένη ζώνη κινδύνου του 0.33G, αλλά εξαιρετικά μακριά από την "ασφαλή" ζώνη του 0.67G. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι η φυσική έλξη του Κόκκινου Πλανήτη δεν είναι ικανή να αποτρέψει την κυτταρική φθορά των αστροναυτών κατά τη διάρκεια μιας πολυετούς παραμονής.

Η μεθοδολογία της JAXA στον ISS

Για να εξαχθούν αυτά τα κρίσιμα συμπεράσματα, οι επιστήμονες σχεδίασαν ένα εξαιρετικά περίπλοκο πείραμα. Χρησιμοποιώντας το σύστημα φυγόκεντρου Multiple Artificial-gravity Research System (MARS) που είναι εγκατεστημένο στο ιαπωνικό τμήμα Kibo του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού, οι ερευνητές μπόρεσαν να δημιουργήσουν ελεγχόμενα περιβάλλοντα τεχνητής βαρύτητας.

Δημιουργήθηκαν τέσσερις διαφορετικές ομάδες δοκιμών με ποντίκια:

• Ομάδα 1G (Έλεγχος επιπέδου Γης)
• Ομάδα 0.67G (Προσομοίωση αυξημένης μερικής βαρύτητας)
• Ομάδα 0.33G (Προσομοίωση βαρύτητας κοντά σε αυτή του Άρη)
• Ομάδα 0G (Συνθήκες ελεύθερης πτώσης / μικροβαρύτητα)

Οι αναλύσεις στους μύες των τρωκτικών μετά την επιστροφή τους στη Γη ήταν ξεκάθαρες. Στα επίπεδα του 0.67G, η έκφραση των γονιδίων που σχετίζονται με τη μυϊκή συντήρηση και η σύνθεση των μυϊκών ινών παρέμειναν εντός φυσιολογικών ορίων. Στο 0.33G, τα κυτταρικά μονοπάτια που οδηγούν στην αποικοδόμηση των πρωτεϊνών ενεργοποιήθηκαν ραγδαία. Η αλλαγή από τις μυϊκές ίνες βραδείας συστολής (που υποστηρίζουν τη στάση του σώματος) σε ταχείας συστολής, ένα κλασικό σύμπτωμα της έλλειψης βαρύτητας, ήταν εμφανής και επιθετική.

Οι επιπτώσεις για τον σχεδιασμό των διαστημικών αποστολών

Τα αποτελέσματα αυτά καταρρίπτουν την πεποίθηση ότι η επιφανειακή βαρύτητα του Άρη θα λειτουργούσε ως φυσικό «αντίδοτο» μετά από ένα εξάμηνο ταξίδι στο απόλυτο κενό (0G). Η βιομηχανία οφείλει πλέον να προσεγγίσει τον αποικισμό με νέα δεδομένα. Οι αστροναύτες που θα προσεδαφιστούν δεν θα κληθούν απλώς να ανακτήσουν τις δυνάμεις τους μετά την πολύμηνη πτήση, αλλά θα συνεχίσουν να υφίστανται σταδιακή εκφύλιση καθ' όλη τη διάρκεια της παραμονής τους στην επιφάνεια.

Για τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) και τη NASA, αυτό μεταφράζεται σε αναγκαστική αύξηση του βάρους και του κόστους των μελλοντικών σκαφών. Οι βιοϊατρικοί μηχανικοί καλούνται να αναπτύξουν στολές εξωσκελετικής αντίστασης πολύ πιο προηγμένες από αυτές που δοκιμάζονται σήμερα. Τα πρωτόκολλα άσκησης, τα οποία σήμερα απαιτούν δύο ώρες καθημερινής, εξαντλητικής προπόνησης στον ISS με τα συστήματα ARED (Advanced Resistive Exercise Device), ενδέχεται να μην επαρκούν ή να απαιτούν ακόμα περισσότερο χρόνο, μειώνοντας τις ώρες που οι αστροναύτες μπορούν να αφιερώσουν στην επιστημονική έρευνα.

Επιπλέον, αναδεικνύεται η ανάγκη ανάπτυξης φυγοκεντρικών συστημάτων τεχνητής βαρύτητας μέσα στις ίδιες τις αρειανές βάσεις. Η διαβίωση σε περιστρεφόμενους θαλάμους κατά τη διάρκεια του ύπνου αποτελεί πλέον μια επιτακτική τεχνική απαίτηση, προκειμένου το ανθρώπινο σώμα να λαμβάνει τη μηχανική φόρτιση που του λείπει.

Η πρόκληση της φαρμακολογικής παρέμβασης

Δεδομένου ότι ο τεχνολογικός εξοπλισμός (φυγόκεντροι) προσθέτει κρίσιμη μάζα στο ωφέλιμο φορτίο των πυραύλων, η βιοϊατρική έρευνα στρέφεται και προς τα φαρμακευτικά αντίμετρα. Η στόχευση συγκεκριμένων πρωτεϊνών, όπως η μυοστατίνη, η οποία ρυθμίζει αρνητικά την ανάπτυξη των μυών, βρίσκεται στο επίκεντρο. Κλινικές δοκιμές που έχουν πραγματοποιηθεί στο παρελθόν έχουν δείξει πως η αναστολή της μυοστατίνης μπορεί να περιορίσει τη μυϊκή απώλεια.

Ωστόσο, οι ορμονικές και μεταβολικές ανισορροπίες που προκαλεί η ακτινοβολία και η απομόνωση στο βαθύ Διάστημα καθιστούν την αποκλειστική χρήση φαρμάκων επισφαλή. Οι ερευνητές τονίζουν ότι η λύση δεν θα προέλθει από μία μοναδική πηγή, αλλά από τη συνδυαστική χρήση φαρμακευτικής αγωγής, εντατικής άσκησης με αντιστάσεις, αυστηρής διατροφής με υψηλά ποσοστά συγκεκριμένων αμινοξέων και, φυσικά, μηχανικής υποστήριξης.

Ανταπόκριση της εγχώριας και ευρωπαϊκής κοινότητας

Σε ευρωπαϊκό επίπεδο, το συγκεκριμένο paper έχει ήδη προκαλέσει συζητήσεις στα τμήματα διαστημικής ιατρικής, τα οποία συνεργάζονται στενά με την ελληνική ακαδημαϊκή κοινότητα και εγχώριες εταιρείες υψηλής τεχνολογίας. Στην Ελλάδα, οι ομάδες που αναπτύσσουν λογισμικό ανάλυσης βιοδεδομένων για τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) καλούνται πλέον να ενσωματώσουν αυτές τις νέες παραμέτρους στους αλγορίθμους προγνωστικής ιατρικής για τους αστροναύτες. Το γεγονός ότι η χώρα μας συμμετέχει ενεργά στα ερευνητικά προγράμματα του ESA σημαίνει πως τέτοια δεδομένα επιταχύνουν την εξέλιξη αλγορίθμων που παρακολουθούν την υγεία των αστροναυτών σε πραγματικό χρόνο, μεταφράζοντας τις κυτταρικές μετρήσεις σε άμεσες οδηγίες διατροφής και άσκησης.

Αυτό το λεπτό μεταβατικό όριο μεταξύ του 0.33G και του 0.67G ορίζει επί της ουσίας το μέλλον της διαστημικής εξερεύνησης. Όσο η τεχνολογία των πυραύλων εξελίσσεται, επιτρέποντας την ταχύτερη μετάβαση στον Άρη, η ανθρώπινη φυσιολογία παραμένει ο πιο αδύναμος κρίκος, υπενθυμίζοντάς μας τους αυστηρούς περιορισμούς του βιολογικού μας υλικού.

Με τη ματιά του Techgear

Τα αποτελέσματα της μελέτης της JAXA στο Science Advances συνιστούν το πιο ηχηρό, βασισμένο σε μετρήσιμα δεδομένα "καμπανάκι" για το πρόγραμμα Artemis και τους απώτερους στόχους της ιδιωτικής διαστημικής βιομηχανίας (βλ. SpaceX). Μέχρι σήμερα, συζητούσαμε εκτενώς για την προστασία από τη διαστημική ακτινοβολία και την ψυχολογική πίεση του εγκλεισμού. Τώρα, όμως, επιβεβαιώνεται δομικά ότι το ίδιο το "πάτωμα" του Άρη δεν μπορεί να μας κρατήσει όρθιους. Το γεγονός ότι το 0.38G του πλανήτη απέχει ελάχιστα από το όριο πλήρους κυτταρικής κατάρρευσης (0.33G) που παρατηρήθηκε στα πειραματόζωα, σημαίνει ότι δεν μπορούμε απλώς να πετάξουμε ανθρώπους στον Άρη με εξοπλισμό κατασκήνωσης. Χρειαζόμαστε ριζικό επανασχεδιασμό των habitats, τεράστια άλματα στη φαρμακοκινητική, και την παραδοχή πως η ανθρώπινη επέκταση στο Ηλιακό Σύστημα δεν εξαρτάται μόνο από την ώση των κινητήρων, αλλά κυρίως από τη μηχανική του ίδιου μας του DNA.