Langsiktig romfart er ikke bra for helsen din. veldig dårlig. Å være i verdensrommet utsetter mennesker for farlig høye nivåer av stråling. Langvarig eksponering for mikrogravitasjon kan forårsake skade på ulike organsystemer, inkludert muskler, bein og øyne. Å bo i et trangt rom i måneder eller år kan ha alvorlige psykologiske effekter.
Nøkkelen til å løse disse problemene kan være dvalemodus, en 250 millioner år gammel fysiologisk strategi som lar pattedyr, fugler, fisk og andre dyr overleve forhold med ekstreme deprivasjoner ved i hovedsak å gå offline. I dvalemodus slår dyr av kroppsfunksjonene sine nesten helt. De hverken spiser, drikker eller beveger seg, og like viktig ser de ikke ut til å være sultne, tørste eller kalde. Denne utrolige evnen kan spille en avgjørende rolle i å hjelpe mennesker med å nå Mars og utover, og den kan også bidra til å redde liv på jorden.
Dvalemodus har vist seg å beskytte mot mange av risikoene ved langvarig romfart, inkludert strålingseksponering og tap av bein og muskler. Dessuten kan det å holde reisende bevisstløse i lange perioder bidra til å redusere kostnadene ved å bo i trange rom i måneder eller år. Dvalemodus reduserer også betydelig mengden mat og vann som trengs for reisen, reduserer nyttelasten og lar astronauter nå målet og returnere på kortere tid.
Problemet er selvfølgelig at mennesker ikke er naturlige dvalemodus. I motsetning til noen ekorn, bjørner, flaggermus og mange andre arter, har vi ikke utviklet oss til å redusere stoffskiftet drastisk når ressursene er knappe. For å overvinne dette jobber flere og flere forskere over hele verden med å utvikle teknologier som trygt kan indusere dvalemodus hos mennesker.
Disse forskerne, finansiert av European Space Agency (Esa) og NASA, avdekker hvordan dvaleapparatet slår seg av og på igjen etter måneder uten mat, vann eller trening.
«Dette er et veldig lovende felt,» sier Christiane Hahn, som leder astrobiologisk forskning ved Esa. «Dette kan fullstendig endre fremtiden til romfart.»
at fare rom stråling
Stråling er et spesielt viktig tema i romfart over lange avstander. Jordens atmosfære blokkerer de fleste radioaktive partikler. Det er ingen beskyttelse i rommet. Under romreiser over lange avstander blir reisende konstant utsatt for farlige nivåer av skadelige ioner. Partiklene kan faktisk bli fanget inne i romfartøyet og forårsake ytterligere skade på interiøret. «Å beskytte mennesker mot stråling i verdensrommet er veldig vanskelig,» sier Hahn. «Vi har ikke funnet et effektivt skjold ennå.»
Studier har vist at dvalemodus forhindrer denne skaden. Under dvalemodus reduserer dyr metabolsk aktivitet, bruker mindre oksygen og pakker DNA-tråder tett for å beskytte mot strålingsskader. Dessuten har dvalemodus kraftige DNA-reparasjonsmekanismer.
«Det er utrolig hva de kan gjøre,» sier Elena Gracheva, en fysiolog ved Yale University som overvåker en stor koloni med 13-båndede jordekorn (slik kalt fordi de har så mange striper på kroppen) i det amerikanske Midtvesten og Canada. Disse skapningene holdes i dvalekammer, spesialdesignede fasiliteter som gjenskaper deres naturlige habitat.
«Disse dyrene ligner på oss om sommeren, men om vinteren blir de helt andre organismer,» sier hun. «De er fortsatt i live, selv om hjertefrekvensen faller med et slag med noen få minutters mellomrom og kroppstemperaturen stiger til kjøleskapstemperaturen på 4 grader Celsius (39 F).»
Gracheva studerer hvordan dyr kan overleve i opptil åtte måneder uten vann. I dvalemodus drikker ikke dyr vann, selv om de tilbys. Hun identifiserte en hjerneregion som ser ut til å regulere denne prosessen, det substromale organet (SFO), og et molekyl som ser ut til å slukke tørsten når det injiseres i SFO. Hun påpeker at denne hjerneregionen også er tilstede hos ikke-dvalende arter, inkludert mennesker.
Forskere utforsker nå måter å hacke menneskelig fysiologi på, slik at vi også kan høste disse fordelene. De eksperimenterer med medisiner, ultralyd og andre strategier for å la mennesker gå inn i det som er kjent som syntetisk koma. (Selv om de to begrepene ofte brukes om hverandre, definerer forskere generelt torpor som en kortsiktig tilstand som varer mellom noen få timer og en dag, mens dvalemodus varer mye lenger, uker eller måneder. Syntetisk torpor har en tendens til å involvere både kortsiktig og langsiktig metabolsk deaktivering.)
«Det er definitivt gjennomførbart,» sa Kelly Drew, en biokjemiker og professor ved University of Alaskas Arctic Biology Laboratory. I mer enn 20 år har Drew, som er finansiert av Nasa, studert arktiske jordekorn, som går i dvale fra august til mai, og senker kroppstemperaturen deres fra 37C (98,6F) til under null. Drews forskning fokuserte på hvordan dyr beskytter hjernen, hjertet og musklene sine mot kalde forhold som normalt dreper levende celler. Hun og kollegene hennes oppdaget at under dvalemodus endrer et viktig muskelprotein, myosin, fundamentalt hvordan det bruker energi, slik at det kan overleve kalde temperaturer uskadd.
diskriminering nøkkel mekanisme
De siste årene har forskere vært i stand til å indusere syntetisk torpor hos en rekke dyr. Nesten alle eksperimentene brukte invasive teknikker, vanligvis en eller annen type hjernekirurgi. For eksempel målrettet Matteo Cerri, professor i fysiologi ved universitetet i Bologna, celler i raphe pallidum, en hjerneregion som spiller en nøkkelrolle i å regulere temperatur og energibruk.
Men selv om denne forskningen bidrar til å belyse mekanismene som er involvert i prosessen, er det ikke praktisk eller etisk å åpne skallen til en romreisende hver gang han eller hun går inn eller ut av koma. Siden 2023 har flere grupper, inkludert forskere ved Washington University i St. Louis, brukt ultralyd, en ikke-invasiv teknikk som overfører lydbølger, for å indusere syntetisk torpor hos dyr. Cerri og kollegene hans, som mottar midler fra Esa, håper snart å teste denne tilnærmingen hos friske frivillige.
Dvalemodus er veldig komplekst. Det påvirker til slutt hver celle i kroppen, og prosessen involverer nesten helt sikkert flere brytere. MIT nevrovitenskapsforsker Siniša Hrvatin har identifisert en annen hjerneregion som ser ut til å spille en viktig rolle i denne prosessen. I en artikkel publisert tidligere i år (som ennå ikke har blitt fagfellevurdert), målrettet han og teamet hans et område kjent som det preoptiske området, som spiller en nøkkelrolle i metabolisme og temperatur. Forskerne senket hamsterens kroppstemperatur til 15C ved å aktivere nevroner i hamsterens pre-visuelle område.
Hrvatin påpeker at denne optiske nervekretsen sannsynligvis er tilstede hos en rekke dyr, inkludert noen som ikke går i dvale eller går i koma i det hele tatt. For Hrvatin tyder dette på at det kan være mulig å utløse en dvale-lignende tilstand hos dyr som normalt ikke lukker seg. «Nøkkelaspekter av kretsløpet ser ut til å være bevart på tvers av forskjellige dyr,» sier han. «Jeg tror det kan brukes til å endre stoffskiftet.» Det er uklart om denne previsuelle kretsen eksisterer hos mennesker. Ingen så det. Hrvatin planlegger å utforske dette spørsmålet snart.
Noen forskere utfører allerede eksperimenter på mennesker. I en studie publisert i fjor ga University of Pittsburgh-forsker Clifton Callaway friske mennesker et beroligende middel kalt dexmedetomidin i fem dager. Dette resulterte i en 20 % reduksjon i stoffskiftet og en 30 % reduksjon i det totale kaloriforbruket. Dette er en dråpe i bøtta sammenlignet med hva et jordekorn gjør. Men Callaway, som har mottatt finansiering fra NASA, sier at dette kan være nok til å beskytte reisende mot i det minste noen av risikoene ved romfart. Og på lange reiser kan selv relativt små metabolske reduksjoner utgjøre en forskjell i effektivitet.
«En tur til Mars vil kreve omtrent 300 kilo mat per astronaut,» sier han. «Hvis vi kan redusere det med mer enn en fjerdedel, kan det øke.»
sparing lever på jorden, ~ grad
Løftet om syntetisk hjelpeløshet strekker seg utover å gjøre romfart tryggere. Forskere studerer det som en behandling for et bredt spekter av sykdommer, inkludert kreft og Alzheimers sykdom. Dvalemodus ser ut til å utløse utbredt reparasjons- og regenerativ kapasitet på tvers av mange organer og celletyper. Og det ser ut til å hindre veksten av kreftceller og gjøre dem mer sårbare for behandling. Både Cerri og Hrvatin utforsker dette området. «Dette har så mye terapeutisk potensial,» sa Cerri. – Dette er et utrolig spennende felt. Drew, professor ved University of Alaska, og andre tror det også kan være nyttig ved fedme. Leger kan hjelpe folk å forbrenne flere kalorier ved å øke stoffskiftet i stedet for å senke det.
En gruppe nederlandske forskere har identifisert et dvale-relatert molekyl som de mener har potensial til å behandle Parkinsons sykdom, hjertesvikt, astma og andre sykdommer. Forskerne Rob Henning, Roelof Hut og Kees van der Graaf fra University of Groningen isolerte SUL-138-molekylet fra syriske hamstere, som går i koma når temperaturen faller under 18C. Henning og hans kolleger testet forbindelsen i en rekke ikke-dvaledyr og viste at den hadde brede beskyttende og regenererende egenskaper. De startet nylig småskala menneskelige forsøk med denne forbindelsen hos pasienter med Parkinsons sykdom.
– Det er ingen grenser for noe, sier Henning. «Når jeg snakker med mine medisinske kolleger, sier jeg alltid «Hva er problemet ditt? Jeg går i dvale og løser det.»
Callaway, som også er legevaktlege, sier at syntetisk torpor kan være nyttig for alle slags medisinske nødsituasjoner, inkludert hjerteinfarkt, slag og hjerneskader, når leger raskt vil bremse stoffskiftet og redusere betennelse for å gi pasienten tid til å behandle problemet. I motsetning til pasienter i medisinsk indusert koma, trenger ikke pasienter i syntetisk koma å være på livsstøtte fordi hjernen deres fortsatt er aktiv. Han sier at torpor har potensial til å være en forbedret versjon av terapeutisk hypotermi, en teknikk som har blitt brukt i flere tiår.
Hypotermi er nyttig, men det har en stor ulempe. Kroppen din bekjemper kulden med skjelving, økt betennelse og økt hjertefrekvens. Disse frenetiske anstrengelsene for å opprettholde kroppstemperaturen kan begrense fordelene med behandlingen. Derimot reagerer ikke dvaledyr like voldsomt på kulde. Disse forskjellene kan gjøre syntetisk hjelpeløshet til et mye mer effektivt verktøy i nødssituasjoner.
De fleste eksperter er enige om at menneskers første bruk av dvalemodus sannsynligvis var medisinsk. Hrvatin ser på organtransplantasjon som sitt første alternativ. Han sa at det ville være relativt enkelt å aktivere noen av dvaleveiene for å forlenge organets overlevelsestid. Forskere eksperimenterer allerede med dette og har funnet ut at det kan øke organets levetid betydelig.
Det er ulike syn på når syntetisk hjelpeløshet vil bli en realitet for mennesker. Cerri er en av de mest optimistiske menneskene. Han tror det vil skje i løpet av de neste 10 eller 15 årene. De fleste eksperter tror det vil ta lengre tid. Hahn, Esa-forskeren, tror det vil ta flere tiår.
Hun og andre bemerker at før torpor kan brukes til romreiser eller terapi, må forskere forstå prosessen mye bedre. Ellers, sier hun, risikerer vi å bli utsatt for alle mulige marerittaktige sci-fi-scenarier. «Det er ganske godt kjent hva som forårsaker torpor,» sier hun. «Det handler ikke om å bringe noen tilbake. Vi må få begge deler riktig.»