14 Ocak 2004’te Amerika Birleşik Devletleri, insanların yalnızca uzayı ziyaret etmekle kalmayıp orada yaşayacağını vaat eden yeni bir “Uzay Araştırma Vizyonu”nu duyurdu. Yirmi yıl sonra, NASA’nın Artemis programı astronotları aya geri göndermeye ve sonunda insanları Mars’a göndermeye hazırlanıyor.
Bu görev yaklaşık üç yıl sürecek ve yüz milyonlarca kilometre yol kat edecek. Mürettebat radyasyon, izolasyon, ağırlıksızlık ve hapsedilmeyle karşı karşıya kalacak ve bu da astronotların daha önce karşılaşmadığı bir stres yaratacak. Fizyologlar için bu nihai sınırdır: İnsan vücudunun biyolojik sınırlarına kadar ve bazen de ötesine itildiği canlı bir laboratuvar.
Uzay acımasızca affetmez. Bu, yerçekiminin yokluğunun bizi Dünya’da hayatta tutmak için gelişen sistemleri parçaladığı, radyasyon ve aşırı sıcaklıklarla dolu bir boşluktur. İnsan fizyolojisi tek bir basınç atmosferine, tek bir yerçekimine ve kırılgan bir ekolojik ortama göre ayarlanmıştır. O dar konfor alanının dışına çıktığınızda vücut çökmeye başlar.
Ancak zorluklar keşfetmeyi teşvik eder. Yüksek irtifada yapılan araştırmalar, hayatta kalmanın eşiğinde kanın oksijeni nasıl koruduğunu ortaya çıkardı. Derin deniz ve kutup keşifleri, insanların ezici baskıya ve aşırı soğuğa nasıl dayandığını gösterdi. Uzay uçuşu bu geleneği sürdürüyor, yaşamın sınırlarına dair anlayışımızı yeniden tanımlıyor ve biyolojinin kırılmadan ne kadar ileri gidebileceğini gösteriyor.
Bu sınırları anlamak için fizyologlar “uzay maruziyetini”, yani radyasyon ve ağırlıksızlıktan uyku bozuklukları ve izolasyona kadar uzayda insan vücudunu strese sokan her şeyin haritasını çıkarıyorlar. Her faktör kendi başına zararlıdır, ancak bir araya geldiklerinde birbirlerini güçlendirerek vücudun sınırlarını zorlar ve gerçekte nasıl çalıştığını ortaya çıkarırlar.
Bu karmaşıklıktan, bilim adamlarının “uzay integromu” dediği şey ortaya çıkıyor: bir astronotu bilinen en ekstrem ortamda hayatta tutan fizyolojik bağlantıların eksiksiz ağı.
Kemikler mineral kaybettiğinde böbrekler tepki verir. Sıvı başa doğru kaydığında beyindeki basıncı değiştirir ve görmeyi, beyin yapısını ve işlevini etkiler. Bağışıklık hücreleri beyin tarafından salgılanan stres hormonlarına tepki verir. Her sistem diğerlerini sürekli bir biyolojik geri bildirim döngüsü içinde etkiler.
Bir biyosfer olarak vücut
Uzay giysisi bu entegrasyonun en somut sembolüdür. Giyilebilir bir biyosferdir: Dünya atmosferinin tüm yaşam için yaptığı gibi, içindeki kişiyi hayatta tutan minyatür, kendi kendine yeten bir ortamdır. Kıyafet, vücudu uzayın öldürücü fiziğinden koruyarak vakuma, radyasyona ve aşırı sıcaklıklara karşı korur.
Astronotlar, mylar (ısıya karşı yalıtım sağlayan yansıtıcı bir plastik), kevlar (darbeye dayanıklı güçlü bir elyaf) ve dakron (şekli ve basıncı koruyan sert bir polyester) katmanlı kabuklarının içinde hassas bir denge içinde yaşarlar. Vücut sıvılarının boşlukta kaynamasını engellemeye yetecek kadar iç basınç var ama yine de hareket etmek ve çalışmak için yeterli esneklik var.
Her tasarım tercihi fizyolojik bir değiş-tokuşu yansıtır. Çok düşük basınçta bilinç saniyeler içinde kaybolur. Çok yüksek basınçta astronot sert bir kabuk içinde sıkışıp kalır.
Radyasyon, uzay uçuşlarının en sinsi tehlikesi olmaya devam ediyor. Yüksek enerjili protonlardan ve ağır iyonlardan oluşan galaktik kozmik ışınlar, hücreleri keser ve DNA’yı, Dünya’daki biyolojinin hiçbir zaman onarmak üzere inşa edilmediği şekillerde kırar. Bu ışınlara maruz kalmak, DNA hasarına ve kanser riskini artıran kromozomal yeniden düzenlemelere neden olabilir.
Ancak radyasyon biyobelirteçleri (hücrelerin radyasyona maruz kalmaya nasıl tepki verdiğini gösteren moleküler sinyaller) üzerine yapılan araştırmalar, yalnızca astronot güvenliğini artırmakla kalmıyor, aynı zamanda Dünya’daki kanser tedavisinin dönüştürülmesine de yardımcı oluyor. Uzaydaki radyasyon hasarını ortaya çıkaran aynı biyolojik belirteçler, radyoterapiyi iyileştirmek için kullanılıyor; bu da doktorların doku hassasiyetini ölçmesine, dozları kişiselleştirmesine ve sağlıklı hücrelere verilen zararı sınırlandırmasına olanak tanıyor.
Kozmik radyasyona maruz kaldıktan sonra hücrelerin DNA’yı nasıl onardığına ilişkin çalışmalar aynı zamanda kanser tedavisi sırasında hastaları koruyan yeni ilaçların geliştirilmesine de ışık tutuyor.
Mikro yerçekimi başka bir paradoks sunuyor. Yörüngede astronotlar her ay kemik kütlelerinin %1-1,5’unu kaybeder ve günlük egzersize rağmen kasları zayıflar. Ancak bu aşırı ortam aynı zamanda uzayı hızlandırılmış yaşlanma açısından eşsiz bir model haline getiriyor. Mikro yerçekiminde kemik kaybı ve kas atrofisi üzerine yapılan çalışmalar, dejeneratif hastalıkları ve kırılganlığı yavaşlatabilecek moleküler yolların ortaya çıkarılmasına yardımcı oluyor.
Uluslararası Uzay İstasyonundaki astronotlar günde iki saatten fazla “karşı önlemler” alarak harcıyorlar: yoğun direnç egzersizleri ve sağlıklı dolaşımı sürdürmek için kanı bacaklara doğru geri çeken vücudun alt kısmındaki negatif basınç odalarındaki seanslar.
Ayrıca metabolizmalarını dengelemek için dikkatle planlanmış diyetler de yerler. Hiçbir strateji tek başına yeterli değildir, ancak bunların bir araya gelmesi, insan biyolojisinin istikrarsızlıkla tanımlanan bir ortamda dengeye daha yakın tutulmasına yardımcı olur.
Dijital fizyoloji
Uzay kıyafetlerine yerleştirilen ve hatta derinin altına yerleştirilen küçük sensörler artık kalp atış hızını, beyin aktivitesini ve kandaki kimyasal değişiklikleri gerçek zamanlı olarak izleyebiliyor. Çoklu omik profilleme, vücudun uzay uçuşuna nasıl tepki verdiğinin tam bir resmini oluşturmak için biyoloji genelindeki bilgileri (genler, proteinler ve metabolizma) birleştirir.
Bu veriler dijital ikizlere besleniyor: her astronotun sanal versiyonları, bilim adamlarının vücutlarının radyasyon veya mikro yerçekimi gibi stres faktörlerine nasıl tepki vereceğini simüle etmelerine olanak tanıyor.
Geleceğin astronotu sadece uzaya dayanamayacak. Riskleri gerçekleşmeden önce tespit etmek için gerçek zamanlı verileri ve tahmine dayalı algoritmaları kullanarak kendi biyolojileriyle çalışacaklar; çevrelerini, egzersizlerini veya beslenmelerini vücutlarını dengede tutacak şekilde ayarlayacaklar.
İnsanların yerçekimi olmadan nasıl hayatta kaldıklarını inceleyerek, aynı zamanda yerçekimiyle nasıl daha iyi yaşayacağımızı da öğreniyoruz. Uzay fizyolojisi halihazırda osteoporoz ve kardiyovasküler hastalıklara yönelik tedavilerin şekillenmesine yardımcı oldu ve yaşa bağlı kas kaybı konusundaki anlayışımızı geliştiriyor.
Uzay uçuşuyla ilişkili nöro-oküler sendrom (mikro yerçekimindeki sıvı değişimlerinin kafatası içinde basınç oluşmasına neden olduğu ve bazen görme değişikliklerine yol açtığı bir durum) üzerine yapılan araştırmalar, bilim adamlarının Dünya’daki intrakraniyal hipertansiyonu anlamalarına yardımcı oluyor.
Astronotlarda izolasyon ve dayanıklılık çalışmaları bile zihinsel sağlık ve strese uyum konusunda ileri düzey araştırmalar sunarak, milyonlarca kişinin uzay aracındaki hayata benzer şekilde hapsedilme ve sosyal ayrılıkla karşı karşıya kaldığı COVID-19 salgını sırasında paha biçilmez olduğu kanıtlanan içgörüler sunuyor.
Sonuçta Mars, teknolojimizden çok biyolojimizi test edecek. Korunan her gram kas, korunan her sinaps, onarılan her hücre fizyolojinin bir zaferi olacaktır. Uzay insan vücudunu parçalara ayırabilir ama aynı zamanda vücudumuzun şaşırtıcı yeniden inşa etme kapasitesini de ortaya çıkarır.
