Покорители Марса: как ученые готовят космонавтов к полету на Марс

Планы многих держав по покорению Марса станут ультимативной проверкой выдержки космонавтов. Им предстоит подвергнуться радиации, изоляции, невесомости и долгой жизни в тесном пространстве, что создаст чудовищный стресс. Но для физиологов космос — самая настоящая живая лаборатория, где можно проверить истинные возможности тела человека. Портал theconversation.com рассказал, как космические исследования помогут космонавтам и обитателям Земли.

Открытый космос — не что иное как вакуум, заполненный радиацией и жесточайшими перепадами температур, где отсутствие гравитации парализует системы, выработанные человеком для выживания на Земле. Людская физиология адаптирована к определенному давлению, гравитации и хрупкой экологической нише. Один шаг за пределы этой узкой зоны комфорта — и человеческое тело откажет.

Однако проблемы порождают открытия. Исследования на больших высотах показали, как кровь сохраняет кислород для выживания организма. Подводные и полярные экспедиции продемонстрировали, как люди способны выдерживать сильнейшее давление и невероятный холод. Полеты в открытом космосе продолжают эту традицию: они способны раскрыть новые факты о лимитах человека и проверить, как далеко может зайти человеческая биология.

Для того, чтобы понять эти лимиты, физиологи прорабатывают «космический экспосом» — атлас всего, что может причинить стресс человеческому организму в космосе, от радиации и невесомости до нарушений сна и ощущения изоляции. Каждый фактор по-своему вреден, но в совокупности они усугубляют друг друга, что вынуждает тело человека работать на пределе возможностей.

А из этой комплексной совокупности происходит «космический интегром» — полная сеть физиологических связей, которые поддерживают жизнь космонавта в самом суровом окружении из всех известных. При потере минералов костями на дефицит реагируют почки; когда жидкость притекает в голове, она меняет давление в мозге и влияет на зрение, структуру мозга и его функционирование. Иммунные клетки реагируют на гормоны стресса. Каждая система оказывает то или иное влияние — и из цепочки реакций складывается биологическая петля обратной связи.

Скафандр — самый материальный символ этой интеграции. По сути, он представляет собой надеваемую биосферу: миниатюрное, закрытое окружение, которое сохраняет жизнь человеку внутри — точно так же, как это делает атмосфера Земли. Костюм защищает тело от смертоносной физики космоса, вакуума, радиации и экстремальных температур. Он обеспечивает достаточно высокое давление, чтобы жидкости в организме не вскипели в вакууме, но при этом дает достаточно гибкости для передвижения и работы.

Радиация по-прежнему остается самой коварной опасностью в открытом космосе. Галактические космические лучи, состоящие из протонов высокой энергии и тяжелых ионов, разрушают живые клетки и ДНК так, что человеческая биология не в силах их починить. Однако исследования в сфере биомаркеров радиации не только повышают безопасность космонавтов, но и помогают усовершенствовать лечение рака на Земле. Те же маркеры, что позволяют оценить степень радиационных повреждений в космосе, используются для улучшения радиотерапии. С их помощью доктора измеряют чувствительность ткани, персонализируют дозы лекарств и снижают повреждения здоровых клеток.

Невесомость представляет еще один парадокс. На орбите космонавты теряют от 1 до 1,5% костной массы ежемесячно, а их мышцы слабеют даже при ежедневных упражнениях. Но столь суровая обстановка также делает космос идеальным окружением для изучения ускоренного старения. Исследования потери костной массы и мышечной атрофии в невесомости раскрывают молекулярные пути, способные замедлить дегенеративные заболевания на Земле.

Наконец, космос служит полигоном и для других исследований. Крошечные сенсоры, встроенные в скафандры или даже вживленные под кожу, могут отслеживать пульс, мозговую активность и химические изменения в составе крови в реальном времени. Мультиомический профайлинг сочетает информацию из разных сфер биологии, чтобы построить полную картину реакции человеческого организма на космос.

А собранные данные, в свою очередь, служат для создания цифровых двойников: виртуальных версий космонавтов, которые позволяют ученым симулировать реакцию их тел на различные раздражители, будь то радиация или невесомость.