Космос может быть опасным местом для хрупких людей. Те, кто хочет выйти на орбиту Земли, должны договориться об опасностях для здоровья, таких как экстремальные температуры, тесные кварталы, длительные периоды изоляции и изнурительные физиологические последствия жизни без гравитации. У астронавтов все будет еще хуже, надеясь отправиться на астероид или на Марс.
Связанный контент
- Что происходит с телом человека в космосе?
- Где все иностранцы? Укрытие от излучения Вселенной
- Мозговые импланты могут шокировать поврежденные воспоминания обратно в форму
- Валун астероидов станет трамплином на пути к Марсу
Одна из величайших угроз путешествий в дальний космос - это длительное воздействие неослабевающей космической радиации, которая может повредить ДНК и увеличить шансы космического путешественника на развитие болезней, таких как рак, в течение жизни. Теперь, исследования на мышах показывают, что у первых людей, которые предпримут миссию на Марсе, будет более неотложная проблема: повреждение мозга. Космические лучи, бомбардирующие мозг, могут привести к когнитивным нарушениям и нарушениям памяти, которые проявятся через несколько месяцев.
Галактическое космическое излучение состоит из частиц высокой энергии, возникших в результате прошлых взрывов сверхновых, которые проникают через нашу солнечную систему. НАСА выступило спонсором многочисленных исследований, посвященных краткосрочным и долгосрочным воздействиям космического излучения на каждую систему организма, и показало, что эти лучи могут оказывать разрушительное воздействие на биологические ткани в течение всей жизни.
Предыдущие исследования предполагали, что облучение может также вызвать когнитивные нарушения, в том числе более раннее развитие болезни Альцгеймера. Теперь Чарльз Лимоли, профессор радиационной онкологии в Медицинской школе Ирвинского университета в Калифорнии, и его команда продемонстрировали, что даже относительно низкие дозы космических лучей будут вызывать специфическую серию нервных аномалий, которые могут проявиться во время миссии туда и обратно на Марс, который, как ожидается, продлится от двух до трех лет.
«По моему мнению, это первое исследование, которое действительно связывает воедино множество свободных концов и предоставляет механизм того, что происходит, чтобы вызвать когнитивную дисфункцию», - говорит Лимоли, чья команда сегодня публикует результаты в Science Advances .
Чтобы изучить «радиационные» эффекты радиации, исследователи исследовали несколько групп шестимесячных мышей - приблизительный средний возраст астронавтов в мышиных годах. Команда взорвала мышей низкими или высокими дозами заряженных частиц, похожих на те, что были обнаружены в галактическом космическом излучении. Эти частицы вытесняют электроны в живой ткани, которые затем запускают свободнорадикальные реакции, которые вызывают изменения в клетках и тканях организма. Хотя свободнорадикальные реакции происходят в течение миллисекунд, клеточные аномалии, которые они вызывают, принимают форму в течение месяцев или даже лет, поэтому исследователи подождали шесть недель, прежде чем тестировать облученных мышей, чтобы позволить развиться клеточному вреду.
Результаты показали, что облученные мыши были значительно ослаблены в своей способности исследовать новые объекты, помещенные в их среду, и эта задача опирается на здоровую систему обучения и памяти. «Животные, которые подвергались воздействию, потеряли любопытство. Они потеряли склонность исследовать новинки », - говорит Лимоли.
В частности, команда обнаружила радиационно-индуцированные структурные изменения в медиальной префронтальной коре, области мозга, ответственной за процессы высшего порядка, о которых известно, что они участвуют во время задач памяти. Нейроны в этих поврежденных областях показали снижение сложности и плотности структур, называемых дендритами, которые действуют как антенны для входящих клеточных сообщений и имеют важное значение для эффективного обмена информацией по всему мозгу. Исследовательская группа также обнаружила изменения в PSD-95, белке, который важен для нейротрансмиссии и также связан с обучением и памятью.
Клеточные изменения в дендритах были напрямую связаны с когнитивными характеристиками - у мышей с самыми большими структурными изменениями были самые плохие результаты. И хотя эти недостатки заняли время, они кажутся постоянными.
Лимоли отмечает, что, хотя работа была сделана на мышах, повреждения, наблюдаемые в их исследовании, во многом похожи на дефекты в мозге человека, страдающие от нейродегенеративных состояний, таких как деменция. «Поскольку эти типы изменений также были обнаружены в ряде нейродегенеративных состояний и происходят в процессе старения, это обеспечивает логическую основу для того, что радиация воздействует на мозг как грызунов, так и людей», - говорит Лимоли.
Вероятно, никто не видел подобных типов дефектов в современных астронавтах, потому что люди, работающие на Международной космической станции, «защищены магнитосферой Земли, которая отклоняет все, что имеет заряд», - говорит Лимоли. И хотя астронавты, путешествовавшие на Луну, не были защищены магнитными объятиями Земли, их относительно короткие полеты ограничивали бы экспозицию до части тех, которые будут испытаны при полете на Марс.
В то время как результаты этого эксперимента были поразительными, другие эксперты подчеркивают, что все еще не хватает данных, чтобы сделать окончательные выводы о воздействии излучения на людей. «Большая часть информации, которую мы получили, была извлечена из исследований катастрофических событий во Второй мировой войне, - говорит Натан Швадрон, доцент кафедры физики космической плазмы в Университете Нью-Гемпшира. - У нас просто мало знаний о том, что происходит с биологическими системами при длительном воздействии высоких уровней радиации. Я думаю, что здесь есть потенциальный риск, но мы на самом деле просто еще не понимаем его ».
Так что же делать? НАСА в настоящее время исследует более продвинутые технологии защиты, которые могли бы лучше защитить астронавтов при длительных полетах в открытый космос. По словам Лимоли, инженеры также могут изменить возможности экранирования в определенных районах корабля, например, где спят астронавты, или приспособить людей со специальными шлемами для космических прогулок.
Швадрон, чьи исследования в основном сосредоточены на разработке передового экранирования, говорит, что энергия галактического космического излучения настолько высока, что потенциально взаимодействует с экранирующими материалами. «То, что происходит, - то, что высокоэнергетическое излучение поражает экран и затем производит ванну вторичных частиц. Нейтроны, вероятно, являются основным примером этого ». Эти высокоэнергетические частицы могут затем взаимодействовать с телом, вызывая свободнорадикальные реакции и последующее повреждение тканей.
Двигаясь вперед, Лимоли и его команда планируют разрабатывать эксперименты, которые более точно имитируют воздействие галактических космических лучей на человека, и исследуют альтернативные механизмы и типы клеток, которые могут способствовать распространению когнитивного дефицита. Он также исследует фармакологические вмешательства, которые могут защитить ткани мозга от этого излучения.
«У нас есть несколько многообещающих составов, которые, вероятно, очень помогут», - говорит Лимоли. «Это не нарушает условия сделки - это то, что мы должны понимать и осознавать, чтобы нас не застали врасплох».
