Сможет ли космонавт что-то вспомнить после возвращения с Марса? Коллаж: cosmicvue, использованы фрагменты фотографий НАСА
Мы строим планы колонизации Марса, считая самой сложной проблемой доставку космонавтов и грузов на Красную планету. Миссия выходит очень сложной и дорогой. Марсианская база будет постоянно нуждаться в снабжении. Колонистам нужны запасы кислорода, продуктов, медикаментов, инструментов. Но может получиться так, что это будет не самая большая их проблема. Как показали эксперименты, длительное путешествие на Марс и обратно может привести к серьёзным когнитивным дисфункциями, в том числе потере памяти и слабоумию.
Путешествие к Марсу, как и другие космические путешествия, неизбежно повлияют на здоровье космонавтов. Учёные давно изучают эффекты длительного пребывания в космосе. К сожалению, результаты этих исследований выглядят не очень оптимистично.
Во время перелёта к Марсу космонавты обязательно подвергнутся воздействию высокоэнергетических сильно ионизированных частиц, известных как космические лучи галактического и солнечного происхождения (ГКЛ и СКЛ). По количеству частиц космические лучи на 92% состоят из протонов, на 6% — из ядер гелия, около 1% составляют более тяжелые элементы, и около 1% приходится на электроны. Энергетический спектр космических лучей на 43% состоит из энергии протонов, ещё на 23% — из энергии гелия (альфа-частиц) и 34% энергии, переносимой остальными частицами.
На поверхности Земли люди хорошо защищены от ГКЛ и СКЛ магнитосферой, но в космосе такой защиты нет. Благодаря чрезвычайно высокой энергии более 10 МэВ эти частицы проходят через обшивку космического аппарата и через мягкие ткани космонавтов, в том числе через мозг.
В теле человека ионизирующее излучение наносит разнообразные повреждения на молекулярном уровне, в том числе нарушая процессы восстановления клеток и замедляя заживление повреждённых тканей. Восстановление после повреждений от ГКЛ затрудняется также вторичными ионизациями от дельта-излучения от следов первичных частиц, что увеличивает радиус поражения и степень повреждения клеток в организме. Это показали предыдущие исследования, проведённые в 2010 и 2011 гг (1, 2).
Потенциальная опасность ГКЛ для космонавтов известна НАСА и другим космическим агентствам, поэтому они планируют разработку защиты от космической радиации (пока такой не создано).
Насколько велик ущерб для организма, в чём конкретно будут проявляться повреждения? Известно, что ГКЛ может вызвать нарушения в нервной системе, которые угрожают выполнению критически важных задач космонавтами, связанными с когнитивными действиями. Есть также долговременные риски для здоровья.
Предыдущие исследования наглядно продемонстрировали ухудшение умственных способностей под воздействием ГКЛ, что связано с повреждением нейронов и нарушением синаптической целостности конкретных регионов головного мозга.
Вопрос в том, насколько длительным является процесс восстановления после воздействия ГКЛ. Предыдущие опыты на мышах установили, что через 6 недель после облучения у мышей не обнаружено никаких или практически никаких признаков оздоровления и восстановления утраченных умственных способностей.
Специалисты с кафедры радиационной онкологии Калифорнийского университета в Ирвайне сейчас провели дополнительные исследования, чтобы проверить более долговременные последствия воздействия ГКЛ на мозг. На этот раз состояние мышей проверили через 12 и 24 недель после облучения.
К сожалению, результаты опять оказались неутешительными. Даже через 12-24 недель после облучения слабыми дозами ионизирующего излучения (5 или 30 доз 48Ti или 16O) у подопытных животных сохраняются очевидные признаки когнитивной дисфункции — эффекты, связанные с упрощением дендритной структуры, изменением уровней протеина в синапсах и воспалениями нервной ткани.
Снижение умственных способностей в различных тестах через 12 недель после облучения: (a) тест новизны (проверка памяти на узнавание); (b) тест сохранрения пространственной памяти; © задача Temporal Order, проверка памяти о недавно исследованных объектах
Как видим, практически во всех тестах на память мыши продемонстрировали значительное ухудшение показателей через 12 недель после облучения. Особенно настораживает резкое снижение показателей в тесте памяти о недавно исследованных объектах. Может оказаться, что после возвращения с Марса космонавты просто ничего не смогут вспомнить. Кроме того, слабоумие и потеря памяти у них будет сохраняться как минимум полгода после возвращения на Землю. Возможно, и дольше. Более долговременных тестов на мышах пока не проводили.
Судя по всему, без эффективной радиационной защиты отпускать людей на длительные космические миссии очень рискованно: в конце концов, они могут не справиться с управлением и не выполнить поставленные научные и инженерные задачи.
Научная статья опубликована 10 октября 2016 года в журнале Scientific Reports (doi: 10.1038/srep34774).
