Scott e Mark Kelly non sono solo identici nel DNA (sono gemelli monozigotici), ma nella vita fanno anche lo stesso mestiere: sono entrambi astronauti alla NASA, l’ente spaziale americano.
Nel 2015 Scott è partito per una missione durata quasi un anno, mentre il gemello Mark è rimasto sulla Terra. Il genoma identico e le analoghe esperienze di vita erano una coincidenza più che fortuita, un’occasione che non poteva sfuggire ai ricercatori per confrontare cosa accade al corpo umano durante un viaggio nello spazio di lunga durata.
Questa domanda è infatti fondamentale per assicurare la salute e la sicurezza degli astronauti durante le future missioni spaziali.
Gli studi hanno effettivamente registrato numerosi cambiamenti nei parametri di salute tra i due fratelli, anche se la maggior parte di questi è tornata alla normalità al rientro sul suolo terrestre.
Scott Kelly (a destra) ha trascorso un anno in orbita, mentre il fratello gemello Mark (a sinistra) è rimasto sulla Terra come “controllo”. Photo credit: NASA
Lo studio condotto sui gemelli astronauti, che ha impegnato dieci diversi team di ricercatori, è lo “One Year Mission” della NASA, anche noto come “Twins Study”. Nel marzo 2015, Scott Kelly è decollato per la sua quarta missione ed è rimasto in orbita per 340 giorni consecutivi. La NASA ha predisposto che fossero raccolti dati sul suo stato di salute fisico e cognitivo; dopo quasi un anno nello spazio, sono stati confrontati gli effetti del lungo periodo in relativa assenza di gravità sul DNA di Scott rispetto al fratello Mark, rimasto a terra (e tra l’altro, recentemente nominato Senatore dell’Arizona).
In 25 mesi di studi, i ricercatori hanno raccolto dati relativi ai cambiamenti fisiologici, molecolari e cognitivi avvenuti, individuando anche quali di questi sono rientrati nei parametri di normalità dopo il rientro a terra. I risultati di questi lavori sono confluiti in un corposo studio pubblicato su Science.
Questi alcuni degli aspetti della salute che sono stati indagati singolarmente nei gemelli.
Scott Kelly (a destra) ha trascorso un anno in orbita, mentre il fratello gemello Mark (a sinistra) è rimasto sulla Terra come “controllo”. Photo credit: Derek Storm, www.derekstorm.com
I telomeri sono le estremità dei cromosomi, una sorta di “protezione” del DNA, che tendono però ad accorciarsi con l’invecchiamento, lo stress, le replicazioni cellulari.
Uno dei cambiamenti più sorprendenti osservati in Scott è stato un insolito allungamento dei telomeri; l’effetto è stato temporaneo – sono andati incontro a un rapido accorciamento una volta a terra, per poi tornare a una lunghezza “normale” entro sei mesi. Questo implicherebbe che la vita nello spazio, se guardassimo esclusivamente ai telomeri, potrebbe avere conseguenze positive in merito all’invecchiamento dell’organismo.
(Come non pensare, a questo proposito, al famoso “paradosso dei gemelli” di Einstein? “Sulla terra vi sono due gemelli, uno parte per un viaggio interstellare di andata e ritorno, mentre l’altro rimane ad aspettarlo sulla terra. Assumendo che il viaggio interstellare possa essere compiuto a velocità prossime a quelle della luce, la teoria prevede che, quando il primo torna, è molto più giovane del suo gemello, perché il tempo per lui si è dilatato”).
A livello cognitivo, i ricercatori hanno analizzato prontezza mentale, orientamento spaziale e riconoscimento delle emozioni, che sono rimasti sostanzialmente invariati durante la permanenza di Scott in orbita. Questo suggerisce che gli astronauti possano mantenere elevate performance cognitive anche durante lunghe missioni spaziali.
Nei sei mesi successivi al rientro, i ricercatori hanno osservato in Scott una diminuzione più pronunciata nella velocità e nell’accuratezza dei movimenti, probabilmente dovuti alla riesposizione alla gravità terrestre, al tempo richiesto al corpo per riadattarsi ad a essa e al fitto programma che ha coinvolto Scott anche subito dopo la missione.
Altro aspetto valutato riguarda la composizione del microbioma, ovvero l’insieme dei batteri contenuti nell’intestino. Un microbioma altamente diversificato è generalmente associato a un buono stato di salute, ma la flora intestinale di Scott nello spazio è risultata profondamente diversa, per ritornare poi allo stato normale subito dopo il rientro.
Queste differenze potrebbero essere dovute al consumo di cibo preconfezionato (liofilizzato o termostabilizzato), unitamente ad altri fattori ambientali specifici dello spazio.
I risultati di questo approfondimento hanno fornito ai ricercatori una maggior comprensione di come aiutare a migliorare la salute generale negli astronauti, ad esempio correggendo le loro diete per favorire la proliferazione dei batteri benefici per l’organismo.
Alcuni cibi a disposizione dell’equipaggio dello Space Shuttle. Sono mostrati un vassoio con diversi tipi di cibo spaziale comprese bevande, cibo reidratabile (cocktail di gamberetti), a umidità intermedia (albicocche secche, punte di manzo e funghi), cibo termostabilizzato/asettico (yogurt alla pesca, budino al caramello) e bevande reidratabili (caffè e panna). Photo credit: NASA
La metabolomica è un settore che studia le alterazioni del metabolismo attraverso l’analisi dei metaboliti rilasciati dalle trasformazioni biochimiche nei processi metabolici. Con questo approccio, sono stati valutati nei gemelli Kelly eventuali segni di aterosclerosi, cioè il restringimento interno di una arteria dovuto alla presenza di placche aterosclerotiche.
Analizzando i campioni le immagini a ultrasuoni della carotide di Scott, i ricercatori hanno trovato segni di infiammazione e ispessimento della parete dell’arteria durante e immediatamente dopo la sua missione. Un risultato che deve essere ancora approfondito, ma che permetterà di determinare gli effetti sul sistema cardiovascolare dei viaggi spaziali di lunga durata.
Una delle maggiori complicanze della salute per gli astronauti sono i problemi di vista. Uno dei team di ricerca ha dunque studiato la struttura dell’occhio e le proteine nelle urine di Scott per valutare se questi problemi fossero legati a una variazione dei fluidi nel corpo in risposta a un diverso processo proteico.
I risultati hanno evidenziato in particolare il ruolo di una proteina, la AQP2 (aquaporina 2), che regola l’assorbimento dell’acqua nel corpo ed è un indicatore utilizzato per valutare lo stato di idratazione o disidratazione di un soggetto. I livelli di questa proteina si sono rivelati molto più alti in Scott nello spazio, rispetto ai valori registrati in Mark a terra. Una scoperta che potrebbe aiutare ad intervenire sui problemi della vista durante i voli spaziali.
L'astronauta della NASA Michael Hopkins, ingegnere di volo della Expedition 37, esegue l'imaging ecografico dell'occhio nel laboratorio Columbus della Stazione Spaziale Internazionale. L'astronauta dell'Agenzia spaziale europea Luca Parmitano, ingegnere di volo, assiste Hopkins. Photo credit: NASA
Nove team di ricerca si sono dedicati a nove diversi aspetti da valutare singolarmente sulle variazioni subite da Scott nello spazio rispetto a Mark. Il decimo gruppo di ricercatori si è dedicato a una analisi per esaminare tutti i dati biomedici e molecolari raccolti dagli altri gruppi.
Questo approccio ha permesso di rispondere in modo complessivo alla domanda da cui lo studio è partito: il corpo umano è fatto per i viaggi nello spazio? Secondo i ricercatori, la risposta che arriva dallo studio sui gemelli è generalmente “sì”.
Gli studi hanno evidenziato la resilienza che la robustezza del corpo umano, che è in grado di adattarsi a una moltitudine di cambiamenti indotti da un ambiente estremo come quello spaziale. Il fatto poi che molte delle variazioni subite da Scott nello spazio siano tornate alla normalità una volta a terra, implica che il corpo umano è in grado di adattarsi allo stress in modo ottimale.
Scott Kelly galleggiante nella Stazione Spaziale Internazionale. Photo credit: NASA
I risultati così ottenuti per il Twins Study si rivelano utili anche per le possibili applicazioni nella vita quotidiana a Terra. Ad esempio, le nuove conoscenze ottenute sulla dinamica dei telomeri costituiscono la base per studiare e mitigare gli effetti dell’invecchiamento o di alcune patologie.
Per questi motivi, la ricerca sui gemelli e altri studi come lo Human Research Program della NASA rappresentano un importante punto di partenza per la progettazione delle future missioni di lunga durata, così da garantire e dare massima priorità alla sicurezza e alla salute degli astronauti sulla ISS. Ma anche a quella di coloro che saranno impegnati nell’esplorazione della Luna, di Marte e chissà, anche di mondi lontani dal nostro.
Per approfondimenti sui “Twins Study” della NASA, a questo link il ricchissimo archivio.