Cameron Merritt
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In un famoso esperimento mentale einsteiniano chiamato paradosso del gemello, un gemello che si è imbarcato in un volo vorticoso attraverso lo spazio invecchierebbe più lentamente rispetto al gemello lasciato a casa sulla Terra, a causa della dilatazione del tempo quando viaggiava vicino alla velocità della luce..
Ma gli scienziati che studiano gli astronauti gemelli della NASA in uno scenario di vita reale hanno trovato un po 'l'opposto: l'astronauta Scott Kelly potrebbe essere invecchiato solo un po' più velocemente a causa del suo periodo di un anno sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) rispetto a suo fratello terrestre, Mark.
Intendiamoci, le teorie della fisica di Albert Einstein sono al sicuro; Scott Kelly non stava viaggiando nemmeno vicino alla velocità della luce. In questione è la realtà biologica che la vita in orbita - con pericoli come radiazioni, microgravità, sonno povero e condizioni anguste - può mettere a dura prova il corpo, accelerando il processo di invecchiamento e possibilmente aumentando il rischio di cancro. [7 cose quotidiane che accadono stranamente nello spazio]
Fortunatamente per Scott Kelly e tutte le altre anime coraggiose che si avventurano nello spazio, questi effetti negativi non sembrano essere estremi e il corpo sembra essere in grado di riprendersi principalmente, secondo l'analisi più approfondita del NASA Twins Study, pubblicata oggi (aprile 11) sulla rivista Science.
Lo studio sui gemelli della NASA
L'opportunità di studiare gli unici gemelli identici conosciuti, per non parlare dei fratelli, che hanno entrambi viaggiato nello spazio era troppo grande per la NASA per lasciarsela sfuggire. Mark ha partecipato a quattro missioni spaziali della NASA, ciascuna della durata di meno di due settimane, e si è ritirato nel 2011.
Scott ha anche volato in quattro missioni spaziali della NASA e le prime tre erano brevi. Per la quarta missione, tuttavia, la NASA ha inviato Scott sulla ISS per 342 giorni nel 2015. L'obiettivo era studiare gli effetti sulla salute di un lungo volo spaziale, simile per lunghezza ai nove mesi necessari per viaggiare su Marte. Con Scott e Mark, la NASA ha trovato i soggetti perfetti per test e controllo, perché i fratelli condividono lo stesso DNA.
I gemelli sono stati monitorati prima, durante e dopo il volo di quasi un anno. Lo studio pubblicato oggi rappresenta 10 indagini separate - dall'alto verso il basso, cioè dalla cognizione del cervello e la salute della vista fino ai cambiamenti nei batteri intestinali - condotte da ricercatori biomedici universitari in gran parte non affiliati alla NASA.
La scoperta chiave è stata che Scott per lo più si è ripreso dal suo anno nello spazio dopo un intero anno di ritorno sulla Terra. Ma detto questo, c'erano alcune osservazioni curiose.
Telomeri e radiazioni
Durante l'orbita, la lunghezza dei telomeri di Scott, che sono cappucci molecolari che si trovano all'estremità di ciascun cromosoma, è effettivamente aumentata, un segno di invecchiamento inverso. La lunghezza dei telomeri in genere diminuisce con l'avanzare dell'età. Questa è stata la prima osservazione convincente dell'allungamento dei telomeri, sulla Terra o nello spazio, secondo Susan Bailey, professoressa di biologia e oncologia del cancro da radiazioni presso la Colorado State University e uno dei principali ricercatori dello studio.
Ma Scott ha perso questi guadagni in lunghezza una volta tornato sulla Terra e potrebbe, in effetti, avere danni permanenti ai suoi telomeri, ha detto Bailey. (Non è chiaro cosa abbia causato l'allungamento dei telomeri di Scott nello spazio.)
"La lunghezza media dei telomeri di Scott dopo il volo si è stabilizzata vicino ai suoi livelli di preflight", ha detto Bailey. "Tuttavia, ha avuto molti più telomeri corti dopo il volo rispetto a prima. Ed è qui che penso che la conseguenza sulla salute a lungo termine sia - probabilmente a maggior rischio di invecchiamento accelerato o patologie associate all'età come malattie cardiovascolari e alcune tumori. "
Inoltre, almeno fino a un anno dopo il suo volo, Scott ha avuto cambiamenti persistenti nei suoi sistemi immunitari e di riparazione del DNA rispetto al preflight. [7 malattie che puoi conoscere da un test genetico]
"Non sappiamo ancora se [questo] sia un bene o un male, ma possiamo dire che sembra che il processo di adattamento alle condizioni della Terra richieda un po 'di tempo", ha detto Christopher Mason, professore associato di fisiologia e biofisica a Weill Cornell Medicine di New York, anche lui ricercatore principale dello studio.
Mason ha detto che è anche sconosciuto se Scott è a maggior rischio di cancro a lungo termine a causa della sua esposizione alle radiazioni cosmiche e solari a bordo della ISS. Sia Mark che Scott sono stati diagnosticati e trattati con successo per il cancro alla prostata nel 2007, un cenno alla loro somiglianza genetica. Scott, tuttavia, ha descritto la potenziale minaccia di cancro dalle radiazioni spaziali come una bomba a orologeria che ticchetta dentro di lui.
Viaggi spaziali e salute di lunga durata
Nonostante abbia una dimensione del campione di solo uno, o forse due, lo studio sui gemelli della NASA ha ampie implicazioni per la comprensione dei rischi per la salute dei viaggi spaziali di lunga durata, ha affermato Markus Löbrich, professore di biologia delle radiazioni e riparazione del DNA presso l'Università di tecnologia di Darmstadt in Germania. Löbrich non faceva parte dello studio, ma ha co-scritto un pezzo prospettico di accompagnamento pubblicato anche sulla rivista Science.
Löbrich ha detto che si sa poco di prezioso sugli effetti sulla salute dei viaggi spaziali, ma il NASA Twins Study ha mosso i primi passi per quantificare i rischi. Ha detto che i cambiamenti dei telomeri, ad esempio, sono potenzialmente gravi e potrebbero essere il risultato della radiazione di particelle. La dose di radiazioni in una missione su Marte potrebbe essere fino a cinque volte superiore rispetto a una missione sulla ISS, quindi la NASA ha bisogno di pensare a modi per proteggere gli astronauti che viaggiano avanti e indietro, ha detto..
Ma Robert Zubrin, esperto di radiazioni e fondatore e presidente della Mars Society,ha detto che il NASA Twins Study "sostiene [s] il caso che le radiazioni non siano un ostacolo per le missioni umane su Marte".
Zubrin, che non è stato coinvolto nello studio, ha stimato che la dose di radiazioni di un anno sulla ISS, parzialmente schermata dalla radiazione solare e cosmica, sarebbe equivalente alla dose di un viaggio di sei mesi su Marte, alla velocità più veloce che gli attuali metodi di propulsione potrebbero portarci lì. Quindi, il fatto che Scott Kelly non abbia mostrato effetti negativi immediati dal suo soggiorno di un anno sulla ISS, come è vero per altre persone che hanno avuto un'esposizione cumulativa comparabile alle radiazioni nello spazio, fa ben sperare per l'esplorazione di Marte, ha detto Zubrin..
Arrivare su Marte più velocemente sarebbe lo scenario migliore per ridurre al minimo i rischi per la salute. Viaggiando quasi alla velocità della luce, come il gemello di Einstein, arrivavamo in pochi minuti. Salvo un così fantastico passo avanti nella propulsione, dovremo accontentarci di sei-nove mesi. Grazie a Scott e Mark Kelly, gli scienziati ora sono più fiduciosi che il viaggio, per quanto arduo, probabilmente non sarà mortale.
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Segui Christopher Wanjek @wanjek per i tweet quotidiani su salute e scienza. Wanjek è l'autore di "Spacefarers: How Humans Will Settle the Moon, Mars and Beyond", dalla Harvard University Press, primavera 2020.