मानव अंतरिक्ष यान के भविष्य के लिए नासा की बड़ी योजनाएं हैं। अंतरिक्ष एजेंसी के चंद्रमा पर दीर्घकालिक, चालक दल मिशन भेजने के प्रस्ताव और अंततः, मंगल पर भूमि अंतरिक्ष यात्रियों को रॉकेट और स्पेसफ्लाइट हार्डवेयर में महत्वपूर्ण प्रगति की आवश्यकता होगी। लेकिन नई तकनीक के साथ, वैज्ञानिक एक और महत्वपूर्ण सवाल से जूझ रहे हैं: क्या मानव शरीर अंतरिक्ष में उस समय के दौरान खुद को बनाए रख सकता है? एक खोजपूर्ण मंगल मिशन में दो या तीन साल लग सकते हैं, जबकि अब तक के अधिकांश अंतरिक्ष अभियान छह महीने या उससे कम समय तक चले हैं। पृथ्वी की कक्षा से परे विस्तारित मिशनों का परिणाम अंतरिक्ष यात्रियों के शरीर पर गहरा और संभावित रूप से खतरनाक, जैविक प्रभाव पड़ सकता है।
लंबी अवधि के अंतरिक्ष यान में सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण, विकिरण और कारावास के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए, नासा ने एक अद्वितीय मिशन के लिए जुड़वां स्कॉट और मार्क केली को चुना। दो समान जुड़वा बच्चों ने दोनों को नासा के परीक्षण पायलट और अंतरिक्ष यात्री के रूप में सेवा दी है, और स्कॉट को अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस) के लिए एक वार्षिक मिशन के लिए चुना गया था, जो अपने भाई को छोड़कर पृथ्वी पर खुद की एक आनुवंशिक प्रतिलिपि बना रहा था। शोधकर्ताओं ने अंतरिक्ष में अपने वर्ष के दौरान स्कॉट में किसी भी परिवर्तन की तुलना करने के लिए एक तरह के नियंत्रण विषय के रूप में अर्थबाउंड मार्क का उपयोग किया, जो 27 मार्च 2015 से 1 मार्च 2016 तक चला।
वैज्ञानिकों की दस टीमों ने जुड़वा बच्चों के स्वास्थ्य और जीव विज्ञान के विभिन्न पहलुओं का अध्ययन किया, जीन अभिव्यक्ति से आंत बैक्टीरिया तक अनुभूति तक। आज, टीमों ने क्रॉस-डिसिप्लिनरी अध्ययन में अपने संकलित शोध में से कुछ को जारी किया, जो कि जर्नल साइंस में 12 अप्रैल को प्रकाशित किया जाएगा ।
व्यक्तिगत जुड़वाँ अध्ययन अनुसंधान पथ से ग्राफिक एकीकरण एक शोध पत्र से एकीकरण के लिए कई साथी कागजात तक ले जाता है। (नासा) 80 से अधिक लेखकों के साथ, अध्ययन एक साथ लाता है और डेटा की एक विस्तृत श्रृंखला का विश्लेषण करता है, दोनों जुड़वाँ से एकत्र किए गए वर्ष भर मिशन और इसके तुरंत बाद के महीनों के दौरान। परिणाम व्यापक हैं, लेकिन मुख्य रूप से दिखाते हैं कि, कुछ उल्लेखनीय अपवादों के साथ, स्कॉट का शरीर 340 दिनों के तनावपूर्ण अंतरिक्ष स्थितियों के बाद बहुत जल्दी वापस लौट आया। लेखक लिखते हैं, "विस्तारित अंतरिक्ष यान के दौरान मानव शरीर के लिए आणविक, शारीरिक, और व्यवहार अनुकूलन और चुनौतियों का एक एकीकृत चित्र" बनाता है।
बुढ़ापा का एक प्रश्न
कोलोराडो स्टेट यूनिवर्सिटी में विकिरण और कैंसर जीव विज्ञान के प्रोफेसर सुसान बेली के नेतृत्व में दस टीमों में से एक, टेलोमेरस, "कैप" पर केंद्रित है जो डीएनए किस्में के छोर की रक्षा करते हैं। पृथ्वी पर, ये टेलोमेरेस व्यक्ति के जीवनकाल के दौरान खत्म हो जाते हैं क्योंकि डीएनए प्रतिकृति का प्रत्येक राउंड उन्हें दूर पहनता है।
जब बेली की टीम ने स्कॉट की श्वेत रक्त कोशिकाओं में टेलोमेरेस का विश्लेषण किया, तो उन्होंने पाया कि इन कोशिकाओं में टेलोमेयर की लंबाई वास्तव में मिशन के दौरान बढ़ी है। बेली कहते हैं, "हमने जो कल्पना की थी, उसके बिल्कुल विपरीत था।" "हमने प्रस्तावित किया, वास्तव में, सभी वास्तव में अद्वितीय तनावों और माइक्रोग्रैविटी, अंतरिक्ष विकिरण और अलगाव जैसी चीजों के लिए एक्सपोज़र के कारण ... [ऐसा लगता है] वास्तव में ऐसा लग रहा था कि वे अंतरिक्ष में टेलोमेयर के नुकसान को तेज करेंगे।"
स्कॉट केली अंतरिक्ष में अपने वर्ष के दौरान अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर सवार हुए। (नासा) एक बार जब स्कॉट ने पृथ्वी पर वापस नीचे छुआ, तो बेली की टीम ने देखा कि उसकी औसत टेलोमेर की लंबाई पूर्व उड़ान स्तरों से मेल खाती है। उड़ान के बाद के महीनों में, हालांकि, अधिक संख्या में टेलोमेरेस खो गए या गंभीर रूप से कम हो गए। यह एक संबंधित खोज हो सकती है, क्योंकि टेलोमेयर छोटा होना और नुकसान उम्र-संबंधी बीमारियों के लिए उम्र बढ़ने और संवेदनशीलता के साथ जुड़ा हुआ है, जिसमें हृदय संबंधी समस्याएं और कैंसर शामिल हैं।
शोधकर्ताओं ने अभी तक यह सुनिश्चित नहीं किया है कि ये टेलोमेरे परिवर्तन कैसे या क्यों हुए। टीम ने टेलोमेरेस की गतिविधि का विश्लेषण करने की उम्मीद की, एक एंजाइम जो टेलोमेरस का विस्तार करता है लेकिन अधिकांश वयस्क शरीर की कोशिकाओं में बंद हो जाता है, यह देखने के लिए कि क्या यह किसी तरह सक्रिय था जबकि स्कॉट उड़ान में था। हालांकि, उन्हें जिस सामग्री की आवश्यकता थी, वह "अंतरिक्ष में खो गया", बेली कहते हैं। सोयुज अंतरिक्ष यान पर रक्त के नमूनों को वापस पृथ्वी पर भेज दिया गया था, लेकिन टेलोमेरेज़ गतिविधि आने पर मृत हो गई थी, संभवतः पृथ्वी के वायुमंडल के माध्यम से पुनरावृत्ति के दौरान तापमान में परिवर्तन के परिणामस्वरूप।
स्पेसफ्लाइट के दौरान और बाद में इन परिवर्तनों के पीछे के तंत्र के बारे में अधिक सीखना महत्वपूर्ण होगा, बेली कहती है - न केवल अंतरिक्ष यात्रियों के लिए, बल्कि इसलिए भी कि उम्र बढ़ने की अधिक गहन समझ "पृथ्वीवासियों" के स्वास्थ्य के लिए मूल्यवान होगी।
अंतरिक्ष में जीन एक्सप्रेशन
शोधकर्ताओं ने स्कॉट के जीनोम का अध्ययन यह देखने के लिए किया कि क्या उड़ान के दौरान जीन की अभिव्यक्ति बदल गई, क्योंकि यह तनावपूर्ण स्थितियों में करने के लिए जाता है। वील कॉर्नेल मेडिसिन के एक आनुवंशिकीविद् क्रिस मेसन के नेतृत्व में एक टीम ने डीएनए और आरएनए संशोधनों का अध्ययन किया, जो एपिजेनेटिक अनुकूलन का संकेत देंगे। उन्होंने कुछ बदलावों को देखा कि कैसे जीन व्यक्त किए गए थे, और मिशन के पिछले छह महीनों में इन विविधताओं में तेजी आई। उड़ान की शुरुआत की तुलना में बाद के आधे से अधिक जीन अभिव्यक्तियों में छह गुना से अधिक अंतर हुआ।
निष्कर्ष कुछ आश्चर्यचकित करने वाले थे, मेसन कहते हैं, क्योंकि वह इन मतभेदों को नए पर्यावरण के लिए अनुकूलन की प्रारंभिक अवधि के बाद धीमा या बंद करने की उम्मीद करेंगे। निरंतर और बढ़ती आनुवंशिक परिवर्तनों से पता चलता है कि अंतरिक्ष में लंबे समय तक शरीर में परिवर्तन जारी है।
जॉन्स हॉपकिंस विश्वविद्यालय के एक प्रोफेसर और चिकित्सा शोधकर्ता एंड्रयू फेइनबर्ग और उनकी टीम ने मिथाइल समूहों- रासायनिक मार्करों पर ध्यान केंद्रित किया जो आमतौर पर जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन का संकेत देते हैं - और पाया गया कि दोनों भाइयों के लिए एपिगेनेटिक परिवर्तन की मात्रा समान थी। कुछ मामूली अंतरों के बावजूद, स्कॉट के जीनोम ने इस तरह से व्यवहार किया जो "चिंताजनक नहीं था, " फीनबर्ग कहते हैं।
मिशन के अंत के बाद, 90 प्रतिशत संशोधित जीन अभिव्यक्तियाँ अपनी पूर्व-उड़ान बेसलाइन पर लौट आईं - एक अच्छा संकेत है कि शरीर एक लंबे मिशन के बाद वापस उछाल सकता है, मेसन कहते हैं। अन्य 10 प्रतिशत, जिसमें 800 से अधिक जीन शामिल थे, जिनमें प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया और डीएनए मरम्मत से संबंधित थे, स्कॉट की वापसी के छह महीने बाद भी अलग-अलग व्यक्त किए जा रहे थे। "ऐसा लगता है, कुछ हद तक, कि शरीर में पर्याप्त कोशिकाओं की स्मृति है कि क्या हुआ है कि अभी भी कुछ चल रहे अनुकूलन और पृथ्वी पर वापस होने के लिए पुनरावृत्ति है, " मेसन कहते हैं।
स्पेसफ्लाइट का मन पर प्रभाव
परिणाम के संबंध में संभावित रूप से, अनुभूति का अध्ययन करने वाली एक टीम ने पाया कि संज्ञानात्मक परीक्षणों की एक श्रृंखला पर स्कॉट के प्रदर्शन ने उड़ान के बाद की अवधि में गिरावट आई है। पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय के एक मनोचिकित्सक प्रोफेसर मथियास बेसर और उनकी टीम ने नासा के लिए एक विशेष संज्ञानात्मक परीक्षण बैटरी डिजाइन की है - जो अंतरिक्ष यात्रियों की सोच के विभिन्न पहलुओं को मापने के लिए 10 कम्प्यूटरीकृत कार्यों की एक श्रृंखला है, जिसमें भावनात्मक मान्यता, जोखिम लेने और ध्यान शामिल हैं।
हालांकि स्कॉट के इन-फ्लाइट उपाय स्थिर थे, उनकी "संज्ञानात्मक दक्षता" या परीक्षण बैटरी को पूरा करने में उनकी गति और सटीकता, एक बार पृथ्वी पर वापस आने के बाद गिर गई। उनकी वापसी के बाद छह महीने में कमी आई।
हालांकि स्कॉट ने साल के स्पेसफ्लाइट के दौरान किसी भी खतरनाक संज्ञानात्मक प्रभाव को प्रदर्शित नहीं किया था, उन्होंने अक्टूबर 2010 से अपने पिछले छह महीने के मिशन के बाद उनकी पुनरावृत्ति अवधि की तुलना में पृथ्वी के पर्यावरण में लौटने के बाद परीक्षणों के साथ और अधिक परेशानी महसूस की। मार्च 2011। मंगल ग्रह के लिए एक मिशन की तरह कुछ योजना बनाते समय संज्ञानात्मक परिणाम एक "लाल झंडा" हो सकता है, बेसनर कहते हैं, जिसके दौरान अंतरिक्ष यात्रियों को लैंडिंग के बाद जटिल कार्य करना होगा।
नासा के अंतरिक्ष यात्री स्कॉट केली (बाएं), अभियान 43/44 उड़ान इंजीनियर और अभियान 45/46 कमांडर; और रूसी कॉस्मोनॉट मिखाइल कोर्निएन्को, अभियान 43-46 उड़ान इंजीनियर दोनों ने अंतरिक्ष में 340 संचयी दिन बिताए। (नासा / बिल स्टाफ़र्ड) "अंतरिक्ष एक बहुत ही प्रतिकूल वातावरण है, " बेसनर कहते हैं। "हम हमेशा चाहते हैं कि अंतरिक्ष यात्री इस अर्थ में अपने सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन करें कि, आप जानते हैं, छोटी-छोटी गलतियाँ भयावह त्रुटियों में तब्दील हो सकती हैं - सबसे बुरी स्थिति में, मिशन की विफलता और उपकरणों की हानि और अंतरिक्ष यात्री के जीवन के लिए।"
हालांकि, यह संभव है कि प्रशिक्षित अंतरिक्ष यात्रियों के नेतृत्व में संचालन को प्रभावित करने के लिए उच्च स्तर की हानि होगी, इन संज्ञानात्मक परिवर्तनों की निगरानी भविष्य के मिशनों में की जानी चाहिए, विशेष रूप से चूंकि मनुष्यों की अपनी संज्ञानात्मक स्थिति का आकलन करने की क्षमता खराब है, इसलिए उनके वर्तमान को स्वीकार करने की प्रवृत्ति है। "नए सामान्य" के रूप में स्थितियां भले ही वे वास्तव में पहले से बदतर हों।
द स्पेस एक्सप्लोरर की बॉडी
स्कॉट के शेष शरीर के दौरान, शोधकर्ताओं ने अंतरिक्ष यान से संबंधित अन्य परिवर्तनों का अवलोकन किया। माइक्रोबायोम के एक अध्ययन में, मानव आंत में रहने वाले बैक्टीरिया के समुदाय, नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के नेतृत्व में एक टीम ने पाया कि अंतरिक्ष में स्कॉट के वर्ष के दौरान विभिन्न प्रकार के बैक्टीरिया के अनुपात में परिवर्तन हुआ। बैक्टीरिया की कुल विविधता में कमी नहीं हुई, हालांकि, यह एक अच्छा संकेत है कि माइक्रोबायोम स्वस्थ रहा।
यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया सैन डिएगो के स्वास्थ्य विज्ञान के शोधकर्ता वृंदा राणा के नेतृत्व में एक दल ने पाया कि स्पेसफ्लाइट के दौरान कई प्रोटीन भी बदल गए। आईएसएस में स्कॉट के समय के मूत्र के नमूनों में कोलेजन के उच्च स्तर, एक संरचनात्मक प्रोटीन था। राणा कहते हैं कि शारीरिक बदलाव के साथ-साथ स्कॉट के नेत्रगोलक और संवहनी तंत्र में देखे जाने वाले इस उपाय को देखना इस बात का संकेत हो सकता है कि शरीर का पुनर्गठन हो रहा है। शोधकर्ताओं ने एक्वाप्रूफिन 2 के बढ़े हुए स्तर को भी देखा, एक प्रोटीन जो निर्जलीकरण का एक निशान होता है।
हालांकि, राणा की टीम और अन्य लोगों द्वारा देखे गए अधिकांश परिवर्तन गायब हो गए, क्योंकि स्कॉट ने पृथ्वी पर वापस स्पर्श किया था। राणा कहते हैं, "यह दिखाता है कि शरीर कितना लचीला है और मानव शरीर कितना अनुकूल है।" "अंतरिक्ष में एक वर्ष - शरीर उसे संभाल सकता है।"
चूंकि नासा के ट्विन्स स्टडी का नमूना आकार बस के बारे में जितना छोटा हो सकता है, शोधकर्ताओं ने जोर देकर कहा कि वे अपने परिणामों को सामान्य नहीं कर सकते हैं, न ही वे स्पेसफ्लाइट और उनकी टिप्पणियों के बीच एक सीधा कारण लिंक साबित कर सकते हैं। फिर भी, उनका काम, स्वाभाविक रूप से सीमित दायरे के बावजूद, नासा को इस बात के बारे में कुछ सुराग देता है कि वे स्पेसफ्लाइट के दौरान जैविक परिवर्तनों को कहाँ देख सकते हैं - "मूल्यवान रोडमैप", अध्ययन में कहा गया है, हमारे सौर मंडल में लंबी यात्रा के संभावित जोखिमों के लिए।
फीनबर्ग कहते हैं, इस अध्ययन पर काम करना एक शुरुआती मानचित्रकार की तरह था। उन्होंने और अन्य जांचकर्ताओं ने व्यापक स्ट्रोक में, समझने की कोशिश की कि स्पेसफ्लाइट के दौरान शरीर में क्या बदलाव होते हैं, एक सामान्य आकार बनाते हैं और भविष्य के शोध के विवरणों को भरने के लिए कमरे को छोड़ देते हैं।
नासा के पास पहले से ही मानव शरीर के इस नक्शे को भरने की योजना है। बेली और अन्य शोधकर्ता एक दीर्घकालिक मिशन की निगरानी के साथ जारी रखेंगे “एक वर्ष के मिशनों पर दस अंतरिक्ष यात्री, छह-महीने के मिशन पर दस, और एक बार में दो से तीन महीने की यात्राओं पर दस। कोलोराडो स्टेट यूनिवर्सिटी प्रेस विज्ञप्ति के अनुसार, स्वास्थ्य डेटा की तुलना उन लोगों के साथ की जाएगी, जो उन समान समय के लिए अलग-थलग हैं। अन्य वैज्ञानिक पृथ्वी पर एनालॉग परियोजनाओं के साथ आगे बढ़ रहे हैं, जिसमें राणा भी शामिल है, जो शून्य-गुरुत्वाकर्षण स्थितियों की नकल करने वाले दीर्घकालिक बेडरेस्ट पर विषयों के उपायों का अध्ययन कर रहे हैं।
हालांकि, अभी बहुत काम बाकी है, नासा के पास अब इस तरह के बहु-विषयक सहयोग के लिए एक रूपरेखा है जो संभवतः भविष्य के अध्ययनों में जारी रहेगी। स्कॉट केली के लिए, वह लंबी दौड़ के लिए उसमें रहने के लिए तैयार है।
"कभी-कभी विज्ञान के प्रश्न पूछते हैं, अन्य सवालों के जवाब दिए जाते हैं, और मैं अपने जीवन के बाकी हिस्सों में साल में एक बार परीक्षण करवाता रहूंगा, " उन्होंने अपनी 2017 की पुस्तक एंड्यूरेंस: माई इयर इन स्पेस, ए लाइफटाइम ऑफ डिस्कवरी लिखी। “यह मुझे विशेष रूप से परेशान नहीं करता है। यह मानव ज्ञान को आगे बढ़ाने में योगदान करने के लिए लायक है। ”
