Что происходит с человеком в космосе и почему ученые переживают за будущие миссии на Марс

Поскольку человечество планирует внеземные путешествия, понимание последствий жизни в космосе для здоровья будет иметь решающее значение для планирования безопасных путешествий. Уже сейчас известно о ряде последствий длительного пребывания человека в космосе. Поэтому ученые активно осуществляют поиск решений, чтобы этих последствий можно было избежать.

Радиация

Главный барьер на пути человека к другим планетам – космическая радиация. Без защиты атмосферы и магнитосферы Земли астронавты подвергаются воздействию высоких уровней излучения. Это поражает лимфоциты, клетки, активно участвующих в поддержании иммунной системы, и этот урон способствует пониженному иммунитету, который испытывают космонавты. Воздействие космических лучей значительно увеличивает шансы развития рака через десятилетие или более воздействия. В одном из исследований, поддерживаемом НАСА, сообщалось, что радиация может нанести вред мозгу астронавтов и ускорить начало болезни Альцгеймера.

Без защиты от радиации останутся и первые марсианские колонисты, поскольку атмосфера Марса крайне разреженная, а неустойчивое магнитное поле в 500 раз слабее земного. В общем, путешествие на Красную планету без создания защиты очень опасно.

Ученым еще предстоит изобрести более эффективные противолучевые препараты, систему радиационного контроля, предсказывающую солнечные вспышки, и мощную защиту для межпланетных кораблей. В этом могут помочь внезапные открытия: в 2020 году биологи обнаружили в Чернобыле грибок, который растет, поглощая гамма-излучение. Гриб проделывает с радиацией трюк, похожий на обычный фотосинтез в растениях.В ходе тестов на МКС слой грибка толщиной 2 миллиметра смог заблокировать космические лучи, снизив интенсивность излучения на 2%. Этого мало для полета на Марс, но эффективность защиты можно повысить, увеличив толщину грибного слоя. По словам ученых, слоя толщиной всего в 21 сантиметр будет достаточно, чтобы обеспечить безопасность космонавтов и поселенцев на Марсе.Можно «обернуть» будущую лунную или марсианскую колонию плотным слоем из такого грибка, и ее обитатели будут частично защищены.

Остеопения

Сегодня уже известно, что астронавты в космосе страдают от остеопении – болезни, которая приводит к потере плотности костей. Астронавты теряют от 1% до 2% костной массы за месяц пребывания в космосе. Это связано с отсутствием нормальной гравитации, из-за чего резко снижается нагрузка на кости. Они становятся менее плотными и более хрупкими.

Новое исследование ученых из Университета Калгари (Канада) показывает, что за несколько месяцев пребывания в космосе астронавты теряют столько же костной массы, сколько они могли бы потерять за десятилетия жизни на Земле. Ученые полагают, что такое положение вещей может стать серьезной проблемой для будущих путешественников на Марс, сообщает ScienceAlert.

В рамках нового исследования, ученые изучили состояние костей и суставов на руках и ногах у 17 астронавтов, которые побывали в разное время на МКС.

"Наши результаты показали, что даже после 1 года жизни при нормальной гравитации у 9 из 17 астронавтов плотность костей полностью не восстановилась. У тех, кто жил на МКС до 7 месяцев, восстановление происходит медленнее всего", — говорит соавтор исследования Стивен Бойд из канадского Университета Калгари, директор Института здоровья костей и суставов Маккейга.

Исследование моделирования 2020 года предсказало, что в течение трехлетнего космического полета на Марс 33% астронавтов будут подвержены риску остеопороза. Хоть и некоторые астронавты заявили о том, что они не заметили каких-либо резких сокращений количества костной массы. Но ученый напоминает, что остеопороз не зря называют "тихой болезнью".

Бойд сказал, что это может стать «большой проблемой» для запланированных будущих миссий на Марс, в ходе которых астронавты могут провести годы в космосе. Так как, даже регулярные занятия спортом здесь не помогут. «Даже при двух часах занятий спортом в день вы как будто прикованы к постели в течение остальных 22 часов», — сказал врач, не участвовавший в исследовании.

Также, новое исследование, опубликованное в Scientific Reports, показало, как космический полет изменяет структуру самих костей. Как объяснил Бойд, некоторые костные соединения утрачиваются.

«И когда мы возвращаемся на Землю, мы уплотняем то, что осталось, но на самом деле мы не создаем новые стержни», — сказал он.

На помощь может прийти генно-модифицированное растение

Ранее ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе сообщали, что нашли способ уберечь здоровье астронавтов с помощью генетически модифицированного салата.

Ученые создали генетически измененный салат, который может создавать гормон для стимуляции укрепления костей. Его можно будет выращивать в космосе, что действительно может стать решением, так как, например, взять с собой большое количество лекарств, содержащих нужный гормон, астронавты не смогут. По словам ученых, астронавтам нужно будет принимать в пищу около 380 грамм салата в день, чтобы поддерживать кости в нормальном состоянии. Для сравнения, стандартный кочан салата весит около 300 граммов.

Но на этом проблемы не заканчиваются. У космонавтов, которые проводят долгое время в космосе, развивается "космическая анемия". Согласно недавнему исследованию опубликованному в журнале Nature, происходит это из-за ускоренного разрушения эритроцитов. Этот процесс называют гемолиз. Основная функция эритроцитов — перенос кислорода от легких к различным органам и тканям и выведение углекислого газа.

По словам ученых, в космосе красные кровяные клетки со временем начинают разрушаться в два раза быстрее. Именно этот процесс является основной причиной возникновения анемии, а не потеря жидкости, как предполагалось ранее (космонавты в невесомости быстро теряют около 10% жидкости в сосудах; ученые предполагали, что в ответ на это организм уничтожает 10% эритроцитов, чтобы восстановить их концентрацию в крови).

Образцы крови, которые астронавты сдавали сразу после возвращения, показали, что у пяти из 13 уровень эритроцитов падал до патологического уровня. Дальнейшие анализы крови показали, что в следующие месяцы уровень эритроцитов понемногу возвращался к норме. Однако даже и год спустя после возвращения на Землю гемолиз у астронавтов протекал заметно быстрее обычного, и анемия сохранялась.

Гемолиз вызывает анемию, но узнать, что вызывает гемолиз, это уже следующий этап. Возможно, что прежде чем отправиться на Марс, придется разобраться с «космической анемией».

Это еще не все последствия орбитальной жизни По данным Техасского университета, две трети астронавтов частично теряют зрение: от близорукости до атрофии сетчатки и риска возникновения катаракты. Причина – повышение внутричерепного давления, вызывающее деградацию сосудов зрительной системы. Пребывание в космосе чревато сбоями в работе иммунной системы и активацией скрытых вирусов в организме. К этому добавляется разрушение зубов, повреждение желудочно-кишечных тканей, преждевременное старение... И этот список регулярно пополняется.

Еще одна проблема – бессонница. Находясь на МКС, космонавты наблюдают восход Солнца каждые 90 минут: здоровый ритм сна и бодрствования поддерживать достаточно сложно. Добавьте ко всему нагрузку на психику человека. Космическая психология - отдельное направление, которое изучает особенности психической деятельности человека при осуществлении космических полётов. Развивалась оно еще с начала 1960-х годов. Подробнее об этом можно почитать в нашей статье.

Для каждой задачи найдется решение

Несмотря на большое количество сложностей, налицо и прогресс в области космической медицины. В 1970-х в США считали, что предельный срок нахождения человека на орбите – 150 суток. Сегодня некоторые смены на МКС длятся по году. Рекордсмен по длительности беспрерывного полета – космонавт Валерий Поляков (437 дней).

И все же, сегодня у нас мало информации, чтобы понять, как на нас отразится многолетнее существование за пределами Земли. Есть лишь моделирование с множеством допущений.

Так, профессор Университета Райса Скотт Соломон спрогнозировал развитие человека на Марсе. По его мнению, через два поколения колонисты станут смуглыми (днем на Марсе всегда светит Солнце) и полуслепыми, а любые микробы будут нести для них смертельную угрозу. По этой причине контакты между «марсианами» и землянами должны быть запрещены.

Лететь сейчас к другим планетам – все равно, что плыть по океану на маленьком плоту, говорят футурологи. Но когда трудности останавливали ряд представителей человечества перед познанием неизвестного?