地球上の老化が宇宙旅行の影響をどのように模倣するか

物理学における最も有名な思考実験の 1 つは双子のパラドックスです。これは、特殊相対性理論に関する 1905 年の論文でアルバート アインシュタインによって最初に提案され、後に物理学者のポール ランジュバンによって拡張されました。それは次のようになります。宇宙飛行士は地球を出発し、数か月をかけてほぼ光の速度で宇宙を旅します。彼には地球に残った双子の兄弟がいます。宇宙飛行士が帰還すると、弟はまだ若いのに何十年も老けていることに気づく。なぜこのようなことが起こるのか私は理解しているつもりはありませんが、これは地球上の人と比較して、高速で移動する旅行者が経験する相対的な時間の経過に関係があります。とか。どうでもいいですが、これは老化についてのコラムです。

そのような速度で移動することは不可能であるため、双子のパラドックスは当面は思考実験のままになるでしょう。しかし、これと全く同じようなことが現実の世界でも起こりますが、この場合のみ、宇宙旅行者のほうがより早く老化します。ある測定によれば、6か月間宇宙に行った双子は地上の兄弟よりも40倍早く老化するという。

私たちの大多数はそれについて心配する必要はありませんが、軌道上で老化を加速させる要因は地球上でますます一般的になってきています。良いニュースは、宇宙飛行士をこれらから守る試みは私たち全員に利益をもたらす可能性があるということです。

現在、どこで線を引くかにもよりますが、約 781 人が宇宙に行っています。ほんの数時間、あるいは数日しかそこで過ごしなかった人もいたが、約半数は何か月も宇宙ステーションで暮らした。 300 人近くの宇宙飛行士が参加する国際宇宙ステーション (ISS) への旅行には、通常 6 か月以上宇宙で過ごす必要があります。

NASAは、宇宙での長時間滞在が宇宙飛行士の健康に悪影響を与える可能性があることを長年懸念しており、火星やその先への長期ミッションが目前に迫っていることを念頭に、その影響とその影響を軽減する方法について広範な研究を行ってきた。

最初で最も有名なものの 1 つは、NASA の双子の研究です。 1996年、同局は一卵性双生児の兄弟、スコット・ケリーとマーク・ケリーを宇宙飛行士隊に採用した。二人ともシャトルミッションに参加し、スコットはISSで時間を過ごした。マークは 2011 年に退職しましたが、スコットは継続し、2015 年に彼が 1 年間の ISS 任務に選ばれたとき、NASA の科学者たちはチャンスを感じました。健康に対する環境と遺伝の影響の相対的な重要性を明らかにするために双子を使用する古典的な実験形式である双子研究を実行してみてはいかがでしょうか?理想的には、数百組の双子が必要ですが、この場合はそんなことは起こりません。サンプル サイズ 2 は、何もないよりも有益です。そこで研究者らは、飛行前、飛行中、飛行後に双子の両方から血液、尿、糞便を採取し、いくつかの明確な違いを発見した。

そのうちの1つは炎症マーカーにありました。 1 年間宇宙に滞在した後、スコットはいくつかの炎症性分子のレベルが増加し、抗炎症性分子のレベルが減少しました。彼はミトコンドリア機能不全の兆候も示した。

これらは両方とも 12 の「老化の特徴」のリストに含まれており、低重力環境での生活の影響の 1 つが老化の促進であることを示唆しています。他の宇宙飛行士を対象としたその後の研究では、宇宙に長時間滞在すると、少なくともさらに 4 つの特徴が生じることが示されました。宇宙飛行士は、慢性炎症やミトコンドリアの機能不全に加えて、ゲノムの不安定性、不健康な腸内微生物叢の移行、内分泌系の障害、栄養素の感覚の鈍化も一般的に見られます。

また、老化が加速する生理学的兆候も示し、場合によっては驚くべきレベルに達します。これらには、心臓血管の健康状態の急激な低下、筋肉および骨組織の損失、認知機能の問題、免疫系の機能不全が含まれます。心臓血管系への影響は深刻で、心臓血管の健康状態の指標の 1 つである頸動脈の硬さによれば、宇宙飛行士は 6 か月で 20 歳になる可能性があります。

どうして？カリフォルニアのバック老化研究所のダニエル・ウィーナー氏によると、宇宙での生活には老化プロセスを加速させる4つの特徴があるという。 1つ目は、重力の欠如により筋肉や骨への負荷が軽減され、萎縮を引き起こすことです。もう 1 つは、劇的に圧縮された暗光サイクルです。ISS の乗員は 24 時間ごとに 16 回の日の出と 16 回の日の入りを経験し、概日リズムに大きな影響を及ぼします。 3つ目は、銀河宇宙線からの高線量の電離放射線への曝露で、これは6か月間に480回の胸部X線撮影に相当します。最後の要因は社会的孤立です。これらはすべて、老化プロセスの原因となることが知られています。

「それで何？」と思うかもしれません。地球に縛られた定命の者は、決してこれらのストレス要因を経験することはありません。しかし、実際にはそうなのです。ウィーナー氏によれば、地球上の状況は宇宙の状況をある程度再現しているという。私たちは微小重力を経験しませんが、座りっぱなしのライフスタイルは筋肉や骨に同じ影響を与えます。周期的障害や社会的孤立が一般的であり、何百万人もの人々が天然ラドンガスからの高レベルの電離放射線に曝露されています。

老化のメカニズムはまだかなり不透明ですが、良いニュースは、長期滞在する宇宙飛行士に関する研究がそれらを解明するのに役立つ可能性があることです。ウィーナー氏によれば、宇宙飛行士は老化の過程を研究するのに最適な生物だという。 「宇宙飛行への曝露は、地上人口の加齢に伴う減少の多くを引き起こす慢性的な低級ストレス要因の急性かつ強化されたバージョンとして概念化できる」と彼と彼の同僚は最近の総説記事で書いている。

宇宙飛行士の研究は、老化防止というとらえどころのない地球科学の目標を達成するのにも役立つかもしれません。 NASAは当然のことながら、従業員を保護したいと考えており、ウィーナー氏のチームと協力して、宇宙飛行による老化促進の影響に対抗する分子を発見した。過去 70 年にわたり、宇宙計画は人工内耳や義肢など、数多くの医療関連製品を生み出してきました。若さの泉がそのリストに加わることは、大歓迎です。無限の彼方へ！