In einem berühmten Einsteinschen Gedankenexperiment namens Zwillingsparadoxon würde ein Zwilling, der sich auf einen wirbelnden Flug durch den Weltraum begab, langsamer altern als der Zwilling, der zu Hause auf der Erde zurückgelassen wurde, was auf die Zeitdilatation bei Reisen in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit zurückzuführen ist.
Wissenschaftler, die Zwillingsastronauten der NASA in einem realen Szenario untersuchten, stellten jedoch das Gegenteil fest: Der Astronaut Scott Kelly ist möglicherweise aufgrund seines einjährigen Aufenthalts auf der Internationalen Raumstation (ISS) im Vergleich zu seinem erdgebundenen Bruder Mark etwas schneller gealtert.
Wohlgemerkt, Albert Einsteins Theorien der Physik sind sicher; Scott Kelly war nicht einmal in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit unterwegs. Es geht um die biologische Realität, dass das Leben im Orbit - mit Gefahren wie Strahlung, Schwerelosigkeit, schlechtem Schlaf und beengten Verhältnissen - den Körper schädigen, den Alterungsprozess beschleunigen und möglicherweise das Krebsrisiko erhöhen kann.
Zum Glück für Scott Kelly und all die anderen mutigen Seelen, die sich in den Weltraum wagen, scheinen diese negativen Auswirkungen nicht extrem zu sein und der Körper scheint sich nach der gründlichsten Analyse der heute (April) veröffentlichten NASA Twins Study größtenteils erholen zu können 11) in der Zeitschrift Science.
Die NASA Twins Study
Die Gelegenheit, die einzigen bekannten eineiigen Zwillinge zu studieren, geschweige denn Geschwister, die beide ins All gereist sind, war zu groß, als dass die NASA darauf verzichten könnte. Mark flog auf vier NASA-Weltraummissionen, die jeweils weniger als zwei Wochen dauerten, und ging 2011 in den Ruhestand.
Scott flog auch auf vier NASA-Weltraummissionen, und die ersten drei waren kurz. Für die vierte Mission schickte die NASA Scott 2015 für 342 Tage zur ISS. Ziel war es, die gesundheitlichen Auswirkungen eines langen Raumfluges zu untersuchen, ähnlich lang wie die neun Monate, die für die Reise zum Mars benötigt würden. Mit Scott und Mark fand die NASA die perfekten Test- und Kontrollpersonen, da die Brüder dieselbe DNA teilen.
Die Zwillinge wurden vor, während und nach dem fast einjährigen Flug überwacht. Die heute veröffentlichte Studie umfasst 10 separate Untersuchungen - von oben nach unten, dh von der Wahrnehmung des Gehirns über die Gesundheit des Sehvermögens bis hin zu Veränderungen der Darmbakterien -, die von biomedizinischen Forschern an Universitäten durchgeführt wurden, die weitgehend nicht mit der NASA verbunden sind.
Das wichtigste Ergebnis war, dass Scott sich nach einem vollen Jahr auf der Erde größtenteils von seinem Jahr im Weltraum erholte. Trotzdem gab es einige merkwürdige Beobachtungen.
Telomere und Strahlung
Im Orbit nahm die Länge der Scott-Telomere - molekulare Kappen am Ende jedes Chromosoms - tatsächlich zu, ein Zeichen für umgekehrte Alterung. Die Telomerlänge nimmt normalerweise mit zunehmendem Alter ab. Dies war die erste überzeugende Beobachtung der Telomerverlängerung auf der Erde oder im Weltraum, so Susan Bailey, Professorin für Strahlenkrebsbiologie und Onkologie an der Colorado State University und eine der führenden Forscherinnen der Studie.
Aber Scott verlor diese Zuwächse an Länge, als er auf die Erde zurückkehrte, und könnte tatsächlich seinen Telomeren dauerhaften Schaden zufügen, sagte Bailey. (Es ist unklar, warum sich Scotts Telomere im Weltraum verlängerten.)
"Scotts durchschnittliche Telomerlänge nach dem Flug stabilisierte sich nahe seinem Preflight-Niveau", sagte Bailey gegenüber Live Science. "Allerdings hatte er nach dem Flug viel mehr kurze Telomere als zuvor. Und hier liegt meiner Meinung nach die langfristige gesundheitliche Konsequenz - möglicherweise besteht ein erhöhtes Risiko für beschleunigtes Altern oder damit verbundene altersbedingte Pathologien wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen und einige Krebs. "
Außerdem hatte Scott mindestens bis zu einem Jahr nach seinem Flug im Vergleich zum Preflight anhaltende Veränderungen an seinem Immun- und DNA-Reparatursystem.
"Wir wissen noch nicht, ob es gut oder schlecht ist, aber wir können sagen, dass der Prozess der Anpassung an die Bedingungen der Erde einige Zeit in Anspruch nimmt", sagte Christopher Mason, Associate Professor für Physiologie und Biophysik an der Weill Cornell Medicine in New York auch ein leitender Ermittler der Studie.
Mason sagte gegenüber Live Science, es sei auch nicht bekannt, ob Scott aufgrund seiner Exposition gegenüber kosmischer und Sonnenstrahlung an Bord der ISS langfristig einem erhöhten Krebsrisiko ausgesetzt ist. Sowohl Mark als auch Scott wurden 2007 diagnostiziert und erfolgreich wegen Prostatakrebs behandelt, ein Hinweis auf ihre genetische Ähnlichkeit. Scott hat jedoch die potenzielle Bedrohung durch Krebs durch Weltraumstrahlung als eine Zeitbombe beschrieben, die in ihm tickt.
Langzeit-Raumfahrt und Gesundheit
Trotz einer Stichprobengröße von nur einer oder vielleicht zwei hat die NASA Twins Study weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis der Gesundheitsrisiken einer Langzeit-Raumfahrt, sagte Markus Löbrich, Professor für Strahlenbiologie und DNA-Reparatur an der Technischen Universität Darmstadt in Deutschland. Löbrich war nicht Teil der Studie, sondern hat ein begleitendes Perspektivstück mitgeschrieben, das ebenfalls in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde.
Löbrich sagte gegenüber Live Science, dass über die gesundheitlichen Auswirkungen der Raumfahrt nur wenig bekannt sei, aber die NASA Twins Study hat die ersten Schritte zur Quantifizierung der Risiken unternommen. Er sagte, dass die Telomerveränderungen beispielsweise potenziell schwerwiegend sind und auf Partikelstrahlung zurückzuführen sein könnten. Die Strahlungsdosis auf einer Mars-Mission könnte bis zu fünfmal höher sein als auf einer ISS-Mission. Daher muss die NASA über Möglichkeiten nachdenken, um Astronauten zu schützen, die hin und zurück reisen, sagte er.
Robert Zubrin, ein Strahlungsexperte und Gründer und Präsident der Mars Society, sagte gegenüber Live Science, dass die NASA Twins Study "den Fall unterstützt, dass Strahlung kein Showstopper für menschliche Mars-Missionen ist".
Zubrin, der nicht an der Studie beteiligt war, schätzte, dass die Strahlungsdosis eines Jahres auf der ISS, die teilweise vor Sonnen- und kosmischer Strahlung geschützt ist, der Dosis einer sechsmonatigen Reise zum Mars mit der schnellsten Geschwindigkeit entsprechen würde Aktuelle Antriebsmethoden könnten uns dorthin bringen. Die Tatsache, dass Scott Kelly während seines einjährigen Aufenthalts auf der ISS keine unmittelbaren negativen Auswirkungen hatte, wie dies auch für andere Menschen gilt, die eine vergleichbare kumulative Strahlenexposition im Weltraum hatten, ist ein gutes Zeichen für die Erforschung des Mars, sagte Zubrin.
Ein schnellerer Weg zum Mars wäre das beste Szenario, um Gesundheitsrisiken zu minimieren. Wir reisten mit nahezu Lichtgeschwindigkeit wie Einsteins Zwilling und kamen in wenigen Minuten an. Vorbehaltlich eines solch fantastischen Durchbruchs müssen wir uns auf sechs bis neun Monate einigen. Dank Scott und Mark Kelly sind die Wissenschaftler jetzt zuversichtlicher, dass die Reise, so beschwerlich sie auch sein mag, wahrscheinlich nicht tödlich sein wird.
Folgen Sie Christopher Wanjek @wanjek für tägliche Tweets zu Gesundheit und Wissenschaft. Wanjek ist der Autor von "Raumfahrer: Wie Menschen den Mond, den Mars und darüber hinaus besiedeln" von Harvard University Press, Frühjahr 2020.
