„Per aspera ad astra“. Dies ist der Ausdruck, der von realen und fiktiven Weltraumagenturen als Absichtserklärung übernommen wurde und aus Virgils Aeneis stammt . Aber welche Härten wird der menschliche Körper ertragen müssen, um den Kosmos zu kolonisieren?
Als Scott Kelly nach 340 Tagen im Weltraum zur Erde zurückkehrte, fühlte es sich an, als würde seine Haut brennen. Nicht beim Wiedereintritt, aber später, als er versuchte, sich hinzusetzen, sich anzuziehen oder sich zu bewegen. Fast ein Jahr in der Mikrogravitation zu verbringen, wird Ihnen das antun; An Bord der Internationalen Raumstation (ISS) gewöhnte sich Kellys Haut daran, kein Gewicht zu spüren und von nichts berührt zu werden.
Wie andere Astronauten schwebte er ohne großen Bedarf an Möbeln um die ISS herum. Er trug keine Schuhe und sogar seine Kleidung trieb um seinen Körper herum, anstatt daran zu hängen. Als er nach Hause kam, war ein Hemdsärmel, der unter der Schwerkraft der Erde auf seinen Arm drückte, fremdartig, sogar schmerzhaft. Wie Kelly selbst in einer Pressekonferenz nach dem Flug sagte:„Die Anpassung an den Weltraum ist einfacher als die Anpassung an die Erde…“
Seit dem Ende der einjährigen Mission im Jahr 2016 ist Kelly zu einem Versuchskaninchen für Wissenschaftler geworden, die untersuchen, was mit dem menschlichen Körper passiert, wenn er sich außerhalb der Erdatmosphäre wagt. Selbst unter Astronauten ist er ein seltener Fall. Er verbrachte nicht nur den größten Teil eines Jahres im Orbit, Kelly hat auch einen eineiigen Zwillingsbruder, Mark. Es gab der NASA eine beispiellose Gelegenheit, die physiologischen, molekularen und kognitiven Auswirkungen von Langzeit-Raumflügen zu untersuchen.
Scott flog ins Weltall. Mark, das perfekte Kontrollsubjekt, blieb auf der Erde. Die Brüder sind jetzt beide Astronauten im Ruhestand, aber ihre Beiträge zur wegweisenden Zwillingsstudie gehen weiter und haben eine Fülle von Informationen darüber hervorgebracht, wie sich der Weltraum auf das Herz, das Mikrobiom, das Immunsystem und mehr auswirkt.
Es ist von entscheidender Bedeutung, sich mit den Herausforderungen vertraut zu machen, die mit einem längeren Aufenthalt in der Mikrogravitation verbunden sind, da Raumfahrtagenturen und private Unternehmen es ernst meinen, Menschen zurück zum Mond und sogar zum Mars zu schicken. Eine Mission zum Roten Planeten ist möglicherweise eine dreijährige Reise, daher müssen wir verstehen, was mit jedem passieren könnte, der versucht, es zu schaffen.
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Einer der Wissenschaftler, die die Kelly-Brüder anstacheln und anstupsen, ist Prof. Christopher E. Mason, der leitende Genetiker der Zwillingsstudie. Masons Labor an der Cornell University ist nichts, wenn nicht ehrgeizig. Ihre Arbeit konzentriert sich auf einen „500-Jahres-Plan für das Überleben der menschlichen Spezies auf der Erde, im Weltraum und auf anderen Planeten.“
Es geht nicht nur darum, zu untersuchen, was mit Astronauten passiert, sondern auch darum, die genetischen Grundlagen dafür zu legen, dass Menschen unter den Sternen leben können. Mason stellt sich eine Zukunft vor, in der das menschliche Genom biotechnologisch verändert werden kann, um sich an fast jede Umgebung anzupassen, angereichert mit Genen anderer Arten, die es uns ermöglichen, die entferntesten Winkel des Universums zu erforschen und zu besiedeln.
Maurer meint es ernst. Sein neues Buch, The Next 500 Years , zeigt detailliert, wie wir es machen werden. Hier gibt er uns einen kleinen Vorgeschmack...
Es liegt 500 Jahre in der Zukunft. Male ein Bild davon, wie es aussieht.
In 500 Jahren werden wir also zwei wichtige Dinge haben. Ich nenne sie die Zwillingsmotoren der Entdeckung. [Die erste ist] eine gute Liste von Exoplaneten-Kandidaten, zu denen man gehen kann. In den letzten 10 Jahren wurden Tausende katalogisiert, darunter mehrere Hundert „Goldlöckchen“-Planeten, die wahrscheinlich nicht zu heiß, nicht zu kalt sind und auf denen wir möglicherweise überleben könnten.
In den nächsten 500 Jahren werden wir sicher Tausende oder Zehntausende anderer Kandidaten haben. Wir könnten die dazwischenliegende Zeit nutzen, um eine bessere Spektroskopie und Abbildung der Atmosphären zu erhalten, um herauszufinden, was dort ist, und dann die besten auszuwählen.
Was ist das andere?
Das zweite, was passieren wird, ist, dass wir eine Reihe von Genen im menschlichen Genom und anderen Genomen entdecken, die wir verwenden könnten, um unsere Gesundheit zu regulieren, medizinische Behandlungen zu entwickeln oder Organismen zu entwickeln, die einen langen Raumflug zu einem anderen Planeten überleben könnten und davon überleben.
Und das gilt nicht nur für menschliche Zellen. Mikrobielle Zellen würden natürlich so manipuliert, dass sie Produkte produzieren, wie sie es jetzt für uns therapeutisch tun. Wir werden einen genetischen Werkzeugkasten haben, mit dem wir den negativen Auswirkungen langfristiger Raumfahrt entgegenwirken und die Dinge produzieren können, die wir brauchen, wie Nahrung und Treibstoff. Und je mehr Genome wir in unserem Kit haben, desto mehr Werkzeuge können wir natürlich herstellen.
Vermutlich hätten wir auch ein paar neue Antriebsmittel?
Lassen Sie uns zu dieser Zeit, in 500 Jahren, vorschlagen, dass wir Generationsschiffe haben und Menschen in demselben Raumschiff leben und sterben könnten, während sie sich auf den Weg zu einem der neuen Planeten machen. Dann hätten wir Menschen in mehr als einem Sonnensystem. Es würde wahrscheinlich etwa 20 Generationen dauern, um mit aktuellen Antriebsmethoden dorthin zu gelangen.
Nirgendwo im Buch gehe ich davon aus, dass etwas Neues entwickelt wird, das es heute noch nicht gibt. Ich hoffe, das wird falsch sein. Vielleicht haben wir einen neuen Fusionsantrieb, der es viel schneller macht, oder eine Möglichkeit, die Raumzeit zu falten. Das wäre fantastisch.
Zurück in die Gegenwart scheint es, als würden wir es ernst meinen, Menschen weiter in den Weltraum zu schicken.
Ja, ich würde sagen, es trifft sogar einen schönen Beschleunigungspunkt. Wenn Sie sich die Anzahl der Objekte ansehen, die in den letzten 60 Jahren in den Weltraum geschickt wurden, hat sie in den letzten zwei Jahren mit Sicherheit ein superexponentielles Tempo erreicht.
Abgesehen von dem Offensichtlichen, wie der Temperatur und dem Mangel an Luft zum Atmen, was macht es so anstrengend für den Körper, viel Zeit im Weltraum zu verbringen?
Reduzierte Schwerkraft richtet verheerende Schäden am Immun- und Gefäßsystem an. Das ist eine Herausforderung und wir können nicht viel dagegen tun. Wir könnten rotierende Weltraumplattformen oder magnetische Stiefel wie in [der Science-Fiction-Serie] The Expanse haben , aber diese sind noch nicht wirklich eingesetzt. Es führt also kein Weg daran vorbei.
Der Körper tut jedoch, was er kann, um kurzfristig zu reagieren. Viele [Astronauten] haben Cortisolspitzen oder Immunstresssignaturen. Sie steigen [in den Weltraum] auf und ihre Körper reagieren wirklich. Es ist sehr unangenehm. In den ersten Tagen haben sie oft sehr empfindliche Haut. Aber innerhalb weniger Tage passen sie sich an.
Was macht den Weltraum noch gefährlich?
Das vielleicht Wichtigste in Bezug auf die Gesundheit ist Strahlung – nicht nur im niedrigen Erdorbit, sondern auch, wenn Sie weiter zum Mars oder bei Mondmissionen vordringen. Das ist wirklich das größte Risiko und etwas, das wir in den molekularen Daten sehen können.
Wir können Hinweise auf beschädigte DNA im Urin und im Blut sehen. Sie sehen, wie Telomere [im Wesentlichen Kappen, die die Enden von Chromosomen vor Abbau und unnötiger Reparatur schützen] und DNA brechen. Das entspricht etwa fünf oder sechs Röntgenaufnahmen pro Tag. Sie können es natürlich überleben, weil die Leute zurückkommen, aber Sie sollten wahrscheinlich nicht fünf Röntgenaufnahmen pro Tag machen.
Das ist also die größte Gefahr, über die sich die NASA und unsere Mitarbeiter am meisten Sorgen machen. Aus diesem Grund verbringen wir so viel Zeit damit, über pharmazeutische Wege nachzudenken, um Strahlenreparaturmechanismen zu verstärken, oder sogar Möglichkeiten, Gene von anderen Organismen zu verwenden, die sich bereits an Strahlung angepasst haben.
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Wie fandest du die Zusammenarbeit mit den Kelly Brothers? Ist es immer noch ein reines Arbeitsverhältnis oder seid ihr Freunde geworden?
Sie waren lange Zeit Gegenstand der Forschung. Während der Mission und unmittelbar danach, als wir viel Proben genommen haben, war es sehr praktisch. Wenn Sie über Themen recherchieren, sollten Sie kein Bier mit ihnen trinken, so gerne Sie das auch möchten.
Aber Scott und Mark sind jetzt beide im Ruhestand. Sie sind keine NASA-Angestellten mehr, sie sind nur noch Rentner, die auf der ganzen Welt herumlaufen. Also haben wir begonnen, mehr zusammen zu tun, wir sprechen über das, was wir gelernt haben.
Ich vermute, dass sie die Neugier behalten, die Sie an all dem teilen.
Ja, sehr. Und sie sind sehr konkurrenzfähig, weil sie Brüder und Astronauten sind. Als wir einige der ersten genetischen Sequenzierungsdaten zurückbekamen, schickten sie mir eine E-Mail und sagten:„Okay, wer hat mehr Mutationen? Wer hat die längsten Telomere?“ Sie konkurrieren bis auf die molekulare Ebene.
Die körperlichen Veränderungen, die Scotts Körper durchmachte, hielten sie noch lange an, nachdem er zur Erde zurückgekehrt war?
Einige Funktionen änderten sich innerhalb von Stunden und Tagen. Zum Beispiel wurden seine Telomere im Weltraum länger, aber innerhalb weniger Tage [nachdem er wieder auf der Erde war] kürzer. Aufgrund der fehlenden Kompression seiner Wirbelsäule wurde er im Weltraum 5 cm größer. Das war innerhalb von Minuten weg.
Andere Maßnahmen wie Metaboliten – ziemlich kleine Moleküle im Blut, die auf eine Entzündung hinweisen können – einige von ihnen waren extrem hoch, Tausende von Prozent höher als sein Ausgangswert vor dem Flug. Nach zwei oder drei Tagen gingen sie wieder nach unten, aber es war sehr schmerzhaft – seine Knöchel schwollen für eine Weile auf die Größe von Basketbällen an. Wirklich schmerzhaft.
Wie fangen wir an, uns selbst biotechnisch zu entwickeln, damit wir besser geeignet sind, Zeit im Weltraum zu verbringen?
Ich denke, wir müssen die evolutionären Lektionen, die jedes Lebewesen gelernt hat, als Teil unseres eigenen Unterrichtsplans für die Menschheit nutzen, wenn Sie so wollen. Was ich damit meine, ist, dass andere Kreaturen in rauen Umgebungen überlebt haben.
Diese verschiedenen Organismen auf der Erde haben also interessante Wege gefunden, um mit hohen Strahlungsmengen, hohen und niedrigen Temperaturen, Salzgehalt umzugehen. Und sie dienen meiner Meinung nach als Leitfaden für Anpassungen, die wir einsetzen können. Angenommen, es ist ein Protein, das von einem strahlungsresistenten Organismus hergestellt wird. Sie können das als Therapeutikum verwenden, so wie Sie jetzt Insulin anbauen. Einige Krebstherapien und Antikörpertherapien werden ebenfalls auf diese Weise durchgeführt.
Aber es eröffnet auch die Möglichkeit der Bearbeitung des menschlichen Genoms mit Genen anderer Arten.
Ja. Die Bearbeitung des menschlichen Genoms ist etwas, das Sie sehr langsam und sehr sorgfältig durchführen möchten, idealerweise über mehrere Generationen hinweg. Ich schreibe in meinem Buch, dass es noch nie eine klinische Studie gegeben hat, die viele Generationen überdauert.
Es gibt Beobachtungsstudien, die dies getan haben. Aber wenn wir jemals irgendetwas mit dem menschlichen Genom machen, würde es wahrscheinlich eine Drei-Generationen-Studie erfordern, um sicherzustellen, dass wir nichts vermasseln.
Und erst am Ende der dritten Generation würden wir dieses Vertrauen haben?
Ich würde denken, wenn es nach zwei Generationen keine offensichtlichen Anzeichen von Veränderungen in der Langlebigkeit oder Krankheit oder offensichtlichen Missbildungen gibt, würde ich mich zumindest einigermaßen sicher fühlen, dass wir es für mehr Menschen einsetzen können. Dies werden wir in den nächsten fünf oder gar zehn Jahren nicht tun, obwohl wir gerade Zellen manipulieren und sie vielen Patienten infundieren.
Haben Sie also eine Einkaufsliste mit Genen anderer Organismen, von denen Sie denken:„Nun, das wäre cool zu haben“?
Wir sind gerade dabei, viele Organismen zu screenen, um zu sehen, welche Extremophilen entweder im Weltraum überleben können – auf der ISS haben wir die Papiere von Organismen veröffentlicht, die sich dort angepasst haben – oder nur an Orten auf der Erde.
Wir haben etwas namens Extreme Microbiome Project. Wir arbeiten daran, all diese verschiedenen Orte zu kategorisieren, an denen wir extreme Organismen sehen, wie Kühlwasser von Kernkraftwerken, seltsame Orte wie dieser. Wir entdecken immer noch so viele Organismen. Es ist ein kontinuierlicher Prozess der Entdeckung und Ansammlung möglicher Gene.
Wie weit sind wir davon entfernt, diese Gene herauszupicken und in der Lage zu sein, sie entweder für Therapeutika zu verwenden oder sie tatsächlich auf irgendeine Weise zu implantieren?
Für einige Gene haben wir bereits gezeigt, dass es funktioniert. Wir haben gerade ein Papier in der Überprüfung, in dem wir gezeigt haben, dass es gut mit Immunzellen funktioniert, zumindest mit Genen von Bärtierchen. Aber diese fremden Gene, die in Menschen eingebracht werden, wurden meines Wissens nicht außerhalb von Zellkulturen getestet.
Wir haben uns jedoch auch mit künstlich hergestellten T-Zellen befasst [T-Zellen sind eine Art weißer Blutkörperchen und wichtig für das Immunsystem]. Sie modifizieren nicht alle Zellen in einer Person, aber Sie nehmen im Grunde genommen T-Zellen heraus, modifizieren sie genetisch und setzen sie für therapeutische Zwecke wieder ein. Dies ist heute tatsächlich ein sehr häufiges Merkmal vieler Immuntherapien.
Haben Sie The Expanse gesehen ?
Ja. Ich habe gerade das Buch bekommen. Ich wollte zuerst die Show sehen, aber ich habe die Bücher noch nicht gelesen.
Es schien mir eine lebhafte Vorstellung davon zu sein, wie ein kolonisiertes Sonnensystem aussehen könnte. Was denkst du?
Ich liebe das Konzept, dass Menschen eine Fähigkeit haben, und diese fast unvermeidliche Zukunft, in der wir das Sonnensystem besiedelt haben. Das Wort „Kolonie“ ist wegen all des historischen Ballasts in Ungnade gefallen. Aber ich liebe das Konzept, weil ich wirklich hoffe und glaube, dass es zustande kommt.
Was mich etwas stört, ist Folgendes:Es scheint immer noch keinen soziologischen oder zwischenstaatlichen Fortschritt gegeben zu haben, wir sind genauso kleinlich und tribal und hinterhältig wie wir sind, wie wir es immer waren. Vielleicht ist es genauer. Wenn Sie Tausende von Jahren zurückblicken, gab es noch nie einen Fall, in dem sich Kulturen ausdehnten und einen „Kumbaya“-Moment hatten und alles in Ordnung war.
Aber ich würde hoffen, dass, wenn wir dieses Stadium erreichen [wir auch] einen fortgeschritteneren philosophischen und soziologischen Rahmen für Menschen hätten. Aber da bin ich vielleicht zu optimistisch.
Es wäre schön, wenn Sie recht behalten würden.
Ja, und du bekommst so etwas wie Star Trek , wo die gesamte Menschheit vereint ist und wir alle gemeinsam forschen. In Star Trek , erst als [Menschen] Außerirdischen begegneten, schloss sich die Menschheit irgendwie zusammen und sagte:„Nun, wir stecken alle zusammen in dieser Sache.“
Ich denke, es wirft politische und ethische Fragen zur Weltraumforschung auf?
Ja, etwas, worüber ich in dem Buch spreche, ist diese Idee der zellulären Freiheit oder sogar der planetaren Freiheit. Wenn Sie Zellen konstruieren, sollten Sie sie so gestalten, dass sie im Sonnensystem oder schließlich im Universum überall hingehen können, wo Sie wollen. Sie möchten in der Lage sein, Facetten der Biologie zu aktivieren, die es Ihnen ermöglichen, an verschiedenen Orten zu leben.
Fast wie ein genetisches Outfit, das auf jede Umgebung zugeschnitten ist?
Ja, es modularer zu machen, damit Sie die Kapazität haben, überall hinzugehen, wo Sie es brauchen.
Eine letzte Sache. Hast du gesehen, dass der Typ von Neuralink herausgekommen ist und gesagt hat, dass wir die Technologie haben, um Jurassic Park zu machen? . Hat er recht?
Nun, wissen Sie, es gibt das Revive and Restore-Projekt, bei dem wir das Wollmammut klonen und es in Elefantenembryos einsetzen. Daran arbeiten wir mit George Church. Das passiert also.
In diesem Fall haben wir vollständig konservierte Vollblutzellen mit einem vollständig intakten Genom. Wenn Sie also dasselbe für einen Dinosaurier bekommen können, können Sie es versuchen. Ohne das wird es richtig schwer. Selbst damit ist es wirklich schwer. Ich denke, ich würde es in die unwahrscheinliche Kategorie einordnen. Aber interessant.
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- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 364 des BBC Science Focus Magazine – Erfahren Sie hier, wie Sie sich anmelden können