Romfart byr på mange utfordringer, ikke minst har å gjøre med astronauters helse og sikkerhet. Og jo lenger disse oppdragene går fra jorden, jo mer betydningsfulle blir de. Utover jordens beskyttende atmosfære og magnetosfære, er det trusselen om langvarig eksponering for solar og kosmisk stråling. Men mens strålingseksponering kan reduseres med riktig skjerming, er det få strategier tilgjengelig for å håndtere den andre store faren: langvarig eksponering for mikrogravitasjon.
Ombord på Internasjonal romstasjon (ISS), astronauter er avhengige av et strengt regime med trening og motstandstrening for å dempe de fysiologiske effektene. Disse inkluderer muskelatrofi, bentetthetstap, organfunksjon, syn og effekter på kardiovaskulær helse, genuttrykk og sentralnervesystemet. Men som en nylig NASA-studie avslørt, vil langvarige oppdrag til Mars og andre steder i det store rommet måtte utstyres med kunstig gravitasjon. Denne studien undersøkte effekten av mikrogravitasjon på fruktfluer ombord på ISS og viste at kunstig gravitasjon gir delvis beskyttelse mot disse endringene.
Studien ble utført av forskere fra Space Biosciences Division ved NASA Ames Research Center, den COSMIAC forskningssenter ved University of New Mexico, den Universitetets romforskningsforening (USRA), den Nevada bioinformatikksenter ved University of Nevada, den Blue Marble Space Institute of Science (BMSIS), avdelingen for biologiske og fysiske vitenskaper ved NASAs hovedkvarter og flere universiteter. Avisen som beskriver funnene deres ble publisert 6. septemberth i journalen Cellerapporter.
Fjern alle annonser på Universe Today
Bli med på vår Patreon for så lite som $3!
Få en annonsefri opplevelse for livet
I denne studien gjennomførte teamet en månedslang undersøkelse ved å bruke Flerbruksplattform med variabel tyngdekraft (MVP), en sentrifugebasert kommersiell testbed som ankom ISS i 2019. Dette eksperimentet har distinkte rom og gir fluer fersk mat mens de lever og formerer seg. Dette tillot teamet å huse forskjellige generasjoner av fluer separat og under forskjellige gravitasjonsnivåer, med en utsatt for mikrogravitasjon (som deres astronautkolleger ombord på ISS) og en annen utsatt for jordlignende gravitasjon (9,8 m/s)2eller 1 g).
Forskerteamet overvåket deretter oppførselen deres ved hjelp av kameraer innebygd i maskinvaren. På forskjellige tidspunkter ble noen av fluene frosset og returnert til Jorden for analyse for å se hvordan de forskjellige gravitasjonsnivåene påvirket deres genuttrykk og dets innvirkning på nervesystemet. Som Dr. Janani Iyer, en USRA-prosjektforsker ved NASAs Ames Research Center, forklarte i en nylig NASA pressemelding:
“Mikrogravitasjon utgjør en risiko for sentralnervesystemet, noe som tyder på at mottiltak kan være nødvendig for langvarig romreise. Når vi drar tilbake til Månen og videre til Mars, vil det å redusere de skadelige effektene av mikrogravitasjon være nøkkelen til å holde fremtidige oppdagere trygge. Denne studien er et skritt i riktig retning for å utforske de beskyttende effektene av kunstig tyngdekraft i rommet og for å forstå tilpasningen til jordforholdene etter hjemkomst fra verdensrommet.
Fruktfluer er den ideelle organismen for denne typen forskning på grunn av deres likheter med mennesker når det gjelder cellulære og molekylære prosesser og deres korte levetid og reproduksjonssykluser (henholdsvis to måneder og to uker). Nesten 75 % av genene som forårsaker sykdom hos mennesker deles av fruktfluer, noe som betyr at endringer i deres genuttrykk vil ligne mulige endringer hos mennesker. I tillegg tilsvarer de tre ukene de tilbringer i verdensrommet omtrent tretti år av et menneskes liv, noe som gjør det mulig for forskere å observere flere tiår med biologisk informasjon på kort tid.
Når eksperimentet var fullført, ble fluene returnert til jorden ombord i en SpaceX Dragon-kapsel og fraktet til NASA Ames for videre analyse. I to dager utførte forskere atferdsmessige og biokjemiske tester på disse “flyonautene”, som besto av å overvåke bevegelsene deres inne i habitatet deres, cellulære endringer i hjernen deres, hvordan endringer i genuttrykk påvirket nervesystemene deres, og mer. De kombinerte deretter observasjonene sine med opptak fra MVP-kameraene og sammenlignet resultatene med en kontrollgruppe som hadde blitt igjen på jorden.
Blant atferden som ble studert, undersøkte forskerne hvordan fluene klatret opp på veggene i beholderen deres – en naturlig reaksjon fruktfluer har når de bankes ned. De fant at fluene i mikrogravitasjon var mer aktive enn de som ble utsatt for kunstig gravitasjon, men opplevde vanskeligheter under klatretesten da de kom tilbake til jorden. Analysen etter flyging avslørte også at fluene som ble utsatt for mikrogravitasjon opplevde nevrologiske endringer, mens de som ble utsatt for kunstig gravitasjon eldes annerledes og møtte mindre alvorlige utfordringer med å akklimatisere seg når de kom tilbake.
Disse resultatene tyder på at romfart forårsaker stress som fører til negative atferdsmessige og nevrologiske effekter, samt endringer i genuttrykk i fluehjernen. De antyder også at kunstig tyngdekraft kan dempe disse effektene under romfart, selv om det fortsatt er langsiktige utfordringer når det gjelder å akklimatisere seg til jorden igjen. Selv om disse resultatene ikke kan forutsi effektene på menneskers helse nøyaktig, tilbyr de en tilnærming og et godt utgangspunkt for fremtidig forskning. Som Dr. Siddhita Mhatre, en seniorforsker fra KBR Wyle ved Ames og forfatter av artikkelen, oppsummerte:
“Med de kommende langvarige romfartsoppdragene, hvor astronauter vil bli utsatt for varierende gravitasjonsnivåer, er det viktig at vi forstår virkningene av endret gravitasjon på den nevrologiske funksjonen. Hvis vi kan bruke kunstig tyngdekraft til å forsinke romrelaterte underskudd, kan vi kanskje forlenge tidslinjene for fremtidige oppdrag. Og fluer i verdensrommet, sammen med astronautene, vil bidra til å fremme vår innsats for å holde astronautene friske.»
NASA undersøker for tiden sentrifuger og kunstig tyngdekraft for romstasjoner og oppdrag til verdensrommet. Eksempler inkluderer NASAs konseptstudie med tittelen “Ikke-atmosfærisk universaltransport beregnet på langvarig undersøkelse i USA” (NAUTILUS-X), en roterende torusformet modul som ville gi kunstig gravitasjon. NASA foreslo videre at en demonstrasjonsmodul (den ISS Sentrifuge Demo) kan bli en søvnmodul for ISS-mannskapet. Denne modulen vil måle 9,1 m (30 fot) i diameter, ha en indre diameter på 0,76 m (2,5 fot) og gi mellom 0,08 og 0,51 g av delvis tyngdekraft.
Det var også ment å gi et proof-of-concept for en større torus som kunne integreres i et mulig romfartøy kjent som Multi-Mission Space Exploration Vehicle (MMSEV). Dette konseptet og lignende forskningsstudier fremhever viktigheten av helse- og sikkerhetstiltak for astronauter for langvarige romflyvninger. Ettersom NASA og andre romorganisasjoner sender astronauter til månen (for å bli denne gangen) og forfølger mannskapsoppdrag til Mars og utover, kan kunstig tyngdekraft bli et vanlig trekk ved romfartøy, romstasjoner og til og med overflatehabitater.
Videre lesning: NASA, Cellerapporter