Putovanje u svemir, san čovječanstva i vrhunac tehnološkog napretka, nosi sa sobom neočekivanu i intrigantnu paralelu s jednim od najtemeljnijih bioloških procesa na Zemlji – starenjem. Na prvi pogled, boravak u bestežinskom stanju djeluje oslobađajuće, no za ljudsko tijelo to je okruženje koje pokreće kaskadu fizioloških promjena nevjerojatno sličnih onima koje doživljavamo kako godine prolaze. Jedan od najizraženijih izazova s kojima se astronauti suočavaju jest ubrzano propadanje tijela, manifestirano kroz slabljenje mišića, gubitak gustoće kostiju i narušen imunološki sustav. Ovi simptomi, koji se na Zemlji obično povezuju s trećom životnom dobi, u svemiru postaju svakodnevica za najzdravije i fizički najspremnije pojedince.

Ova zapanjujuća sličnost potaknula je znanstvenu zajednicu na dublje istraživanje. Dok su sistemski učinci svemirskih letova na tijelo dobro dokumentirani, mehanizmi koji se odvijaju na mikroskopskoj, staničnoj razini ostali su velikim dijelom neistraženi. Upravo je tu prazninu odlučila popuniti Sharon van Rijthoven, studentica s Tehnološkog sveučilišta u Delftu i Slobodnog sveučilišta u Amsterdamu, tijekom svog stažiranja u Europskoj svemirskoj agenciji (ESA). Njezino istraživanje zaronilo je u samu srž problema, uspoređujući stanične markere starenja s promjenama koje stanice doživljavaju u uvjetima izmijenjene gravitacije.

Ljudsko tijelo u bestežinskom svijetu

Kada astronauti stignu na Međunarodnu svemirsku postaju (ISS), ulaze u svijet bez težine. Lebdenje kroz module može se činiti zabavnim, no nedostatak gravitacijske sile znači da mišićno-koštani sustav, dizajniran za neprestanu borbu protiv Zemljine teže, gubi svoju primarnu funkciju. Mišići koji nas drže uspravnima i kosti koje nose našu težinu odjednom postaju djelomično suvišni. Bez stalnog opterećenja, tijelo započinje proces prilagodbe koji je, u suštini, proces atrofije. Mišićna vlakna se smanjuju, a kosti gube kalcij i druge ključne minerale, postajući krhkije i poroznije. Procjenjuje se da astronauti u mikrogravitaciji mogu izgubiti do 1% do 2% gustoće kostiju mjesečno u ključnim kostima poput bedrene kosti, što je stopa gubitka usporediva s onom kod starijih žena s osteoporozom na Zemlji.

Kako bi se suprotstavili ovom drastičnom propadanju i osigurali siguran povratak na Zemlju, gdje će njihova tijela ponovno biti izložena punoj gravitacijskoj sili, astronauti se podvrgavaju izuzetno strogom i zahtjevnom režimu vježbanja. Svakodnevno, šest dana u tjednu, provode otprilike dva i pol sata vježbajući. Njihova svemirska teretana opremljena je specijaliziranim uređajima dizajniranim za rad u bestežinskom stanju. To uključuje sprave poput ARED-a (Advanced Resistive Exercise Device), koja koristi vakuumske cilindre za simulaciju dizanja utega, traku za trčanje T2 na koju su astronauti pričvršćeni elastičnim pojasevima kako ne bi odlebjdjeli, te stacionarni bicikl CEVIS (Cycle Ergometer with Vibration Isolation and Stabilization System). Ovi napori ključni su za održavanje snage mišića i poticanje očuvanja koštane mase.

Stanične paralele između svemira i vremena

Sharon van Rijthoven je u svom istraživanju istaknula da, iako na razini cijelog organizma vidimo brojne sličnosti između učinaka starenja i mikrogravitacije, malo je studija koje su se usredotočile na promjene na staničnoj razini. Njezin rad, objavljen u prestižnom časopisu FASEB Journal, postavio je temelj za razumijevanje ove veze iz temelja – iz perspektive same stanice.

Kako bi provela sveobuhvatnu analizu, Sharon je razmatrala tri oblika izmijenjene gravitacije, koji se razlikuju od onoga što svakodnevno doživljavamo na Zemlji. Prvi je, naravno, mikrogravitacija, stanje gotovo potpunog bestežinskog stanja kakvo astronauti doživljavaju u orbiti. Drugi je simulirana mikrogravitacija, koju znanstvenici mogu stvoriti na Zemlji koristeći različite tehnike. Za biološke uzorke, poput staničnih kultura, koriste se uređaji poput stroja za nasumično pozicioniranje (Random Positioning Machine) ili klinostata, koji neprestanom rotacijom sprječavaju stanice da "osjete" jedinstveni smjer gravitacije. Za ljudske studije, najčešće se koristi model mirovanja u krevetu s glavom nagnutom prema dolje (Head-Down Tilt Bed Rest), gdje dugotrajni boravak u tom položaju simulira preraspodjelu tekućina i smanjeno opterećenje na donji dio tijela, slično kao u svemiru. Treći oblik je hipergravitacija, odnosno povećana gravitacijska sila, koju je moguće stvoriti u centrifugama velikog promjera, poput one koju posjeduje ESA, a koja izlaže uzorke silama višestruko jačim od Zemljine teže.

Neočekivani nalazi dubinske stanične analize

Studija je usporedila čak 165 poznatih znakova starenja na staničnoj razini s postojećim istraživanjima o utjecaju izmijenjene gravitacije na stanice. Početna hipoteza bila je logična i elegantna: budući da mikrogravitacija uzrokuje sistemske simptome slične starenju, očekivalo se da će i stanični markeri pokazati istu tendenciju. Pretpostavka je bila da će se znakovi starenja podudarati s onima uočenim u stvarnoj ili simuliranoj mikrogravitaciji, dok će u hipergravitaciji učinci biti suprotni, potencijalno čak i "pomlađujući" za stanicu.

Međutim, kao što to u znanosti često biva, rezultati su bili daleko od jednostavnih i jednoznačnih. Ishod je razbio početna očekivanja i otkrio mnogo složeniju sliku. Od 165 analiziranih staničnih znakova starenja, manje od jedne trećine pokazalo je podudaranje, odnosno sličan učinak između biološkog starenja i izloženosti stvarnoj ili simuliranoj mikrogravitaciji. Dodatna trećina znakova još uvijek nije uopće istražena u kontekstu izmijenjene gravitacije, što ukazuje na ogromno područje za buduća istraživanja. Ono što je bilo posebno iznenađujuće jest da je petnaest posto znakova pokazalo potpuno suprotne učinke. Drugim riječima, u nekim aspektima, mikrogravitacija je na stanice djelovala suprotno od procesa starenja. Ovi rezultati nisu dali jasan odgovor na pitanje zašto su sistemski učinci starenja i mikrogravitacije toliko slični, ali su otvorili vrata novim, intrigantnim teorijama.

Nova hipoteza: 'Iskrivljena' stanična komunikacija

Suočena s ovim složenim podacima, Sharon van Rijthoven u svom je radu predložila inovativnu teoriju. Iako i starenje i izmijenjena gravitacija utječu na način na koji stanice "razgovaraju" jedna s drugom, ona sugerira da su temeljni mehanizmi potpuno različiti. Njezina hipoteza usredotočuje se na proces zvan mehanotransdukcija. To je fundamentalna sposobnost stanica da osjete fizičke sile iz svog okruženja – poput pritiska, rastezanja ili gravitacije – i pretvore te mehaničke podražaje u biokemijske signale koji upravljaju njihovim ponašanjem, rastom i funkcijom.

U mikrogravitaciji, predviđa Sharon, ovaj ključni komunikacijski put je poremećen. Stanice, lišene stalnog gravitacijskog signala, postaju "gluhe" na svoje fizičko okruženje. Sharon to slikovito objašnjava analogijom igre "pokvarenog telefona", gdje se poruka prenosi od osobe do osobe i na kraju postaje potpuno iskrivljena. U staničnom svijetu, gubitak jasnog mehaničkog signala dovodi do kaskade pogrešnih biokemijskih naredbi. Stanice počinju primati zbunjujuće upute, što ih navodi da se ponašaju kao da stare – smanjuju svoju aktivnost, mijenjaju ekspresiju gena ili ulaze u stanje mirovanja. Ključna razlika, prema ovoj teoriji, jest u tome što kod biološkog starenja dolazi do stvarnog, često nepovratnog oštećenja staničnih komponenti, dok u mikrogravitaciji problem leži u "softveru" – u iskrivljenoj komunikaciji, a ne nužno u "hardveru" same stanice.

Ova teorija implicira da, iako stanice u svemiru oponašaju starenje, one zapravo ne stare na isti fundamentalan način. To objašnjava zašto su učinci svemirskog leta, za razliku od pravog starenja, u velikoj mjeri reverzibilni. Kada se astronauti vrate na Zemlju, gravitacija ponovno uspostavlja jasan mehanički signal, "pokvareni telefon" se popravlja, a stanice se postepeno vraćaju u normalno funkcioniranje. Ova spoznaja je izuzetno dobra vijest za astronaute koji posjećuju ISS. Na široj znanstvenoj skali, ovo istraživanje naglašava koliko još nepoznanica postoji kada je riječ o staničnim učincima izmijenjene gravitacije, otvarajući nova polja za buduće eksperimente i studije. Jack van Loon, Sharonin mentor iz ESA-inog laboratorija, ističe kako ova studija savršeno demonstrira prednosti pružanja prilika mladim istraživačima, čiji svježi pogled može dovesti do impresivnih publikacija i identificiranja ključnih područja za buduća znanstvena istraživanja.