اسکات کلی فضانورد ناسا که طی سال‌های ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۶، به مدت یک سال در ایستگاه فضایی بین‌المللی اقامت کرد، توانست اطلاعات ارزشمندی در مورد تأثیر فضا بر انسان در اختیار دانشمندان قرار دهد. اسکات کلی در طول سالی که در ایستگاه فضایی بین‌المللی سپری کرد،جهش ژنتیکی نداشت. ممکن است این تصور با توجه به اخبار ضدونقیض در برخی رسانه‌های خبری برای بسیاری از مخاطبان به‌ وجود آمده باشد. همانطور که می‌دانید، برخی گزارش‌های خبری از تغییر ۷ درصدی ژن‌های فضانورد سابق ناسا خبر داده بودند.

اسکات کلی در همین رابطه در توییتر شخصی خود نوشت:

۷ درصد از DNA من تغییر کرده است! چه کسی می‌داند؟ همین حالا از این موضوع باخبر شدم. این می‌تواند خبر خوبی باشد. من دیگر نباید دوقلوی همسان مایک کلی باشم!

این موضوع، همانطور که بسیاری اشاره کردند، کاملا بی‌معنی است. کد ژنتیکی کلی (هزاران جفت پایه‌ای که DNA را تشکیل می‌دهند) تغییری نکرده‌اند. در عوض، ناسا در بررسی‌های طولانی‌مدت خود از کلی، برخی شواهد اولیه‌ی (تغییرناپذیر) در مورد تغییراتی در ژن‌های او (در زمان اقامت طولانی‌مدت در فضا و بعد از بازگشت) گزارش کرده است.

این موضوع پس از کنفرانس خبری ناسا در خبرگزاری‌های مختلف منتشر شد و نشان داد که در این رابطه سردرگمی زیادی وجود دارد. مشخصا ناسا از همان ابتدا، به بیان ژن‌های کلی علاقه‌مند بود. بنابراین اسکات کلی یک سال را در فضا گذراند. ناسا کنجکاو بود که بدانددر طول اقامت انسان در فضا، چه اتفاقی برای بدن میافتد.

اسکات کلی و کیهان‌شناس روس به نام میخائیل کورنینکو، ۳۴۰ روز (بین سال‌های ۲۰۱۵ و ۲۰۱۶) در ایستگاه فضایی بین‌المللی گذراندند. این مأموریت طولانی‌مدت، به‌نوعی آزمون مهمی برای مأموریت‌های آینده به مریخ و فراتر از آن بود. سفر به مریخ چند ماه تا یک سال طول می‌کشد و ناسا کنجکاو است که ببیند اقامت طولانی‌مدت در فضا می‌تواند تا چه حدی روی بدن انسان تأثیر بگذارد.

ناسا و شرکای بین‌المللی‎اش معمولا فضانوردان را به مأموریت‌های شش‌ماهه در ایستگاه فضایی می‌فرستند. اما حتی گذراندن نیمی از سال در فضا، عوارضی دارد. فضانوردان معمولا در مورد بینایی خود مشکلاتی دارند و حتی پس از بازگشت به خانه به حالت عادی بازنمی‌گردند. همچنین بخشی از توده‌ی استخوانی فضانوردان از دست می‌‌رود که منجر به شکنندگی استخوان‌های آن‌ها می‌شود. قرار گرفتن در شرایط بی‌وزنی، موجب کاهش حجم عضلانی می‌شود که فضانوردان را ضعیف‌تر و به لحاظ بدنی ناهماهنگ‌تر می‌کند. علاوه بر این، فضانوردان به‌ دلیل نبود صبح و شب واقعی دچار کم‌خوابی می‌شوند و همیشه احساس پرواززدگی می‌کنند. موضوع دیگر اینکه دانشمندان نگران هستند که مأموریت‌های طولانی‌مدت می‌توانند روی ویژگی‌های زیست‌شناختی انسان تأثیر بسزایی داشته باشند؛ از تغییر سطح باکتری‌های مفید در روده تا کاهش قدرت سیستم ایمنی بدن.

مارک و اسکات کلی

ناسا در سلسله پژوهش‌های دوقلوها، تغییرات بدن کلی را نسبت به فضانوردانی که مدت‌زمان کوتاهی در فضا سپری کرده‌اند، مقایسه می‌کند. سؤال اصلی این است: آیا حضور بیشتر در فضا موجب اختلالات بیشتر می‌شود؟ اسکات کلی به‌عنوان موضوع یک آزمایش کمی خاص است. شاید از برادر دوقلوی همسان او، مارک کلی، شنیده باشید.

اسکات کلی به ناسا پیشنهاد کرد که از او و برادرش مارک، به‌عنوان موضوع یک پژوهش استفاده کنند. ناسا از این ایده استقبال کرد و از پژوهشگران مختلف در حوزه‌های مختلف، درخواست کرد که پیشنهادات خود را برای پژوهش‌های متفاوتی در مورد دوقلوهای کلی ارائه دهند. اکنون در مجموع، ۱۰ پروژه‌ی پژوهشی در رابطه با آنچه «پژوهش دوقلوهای ناسا» نامیده می‌شود، وجود دارد؛ از آزمایش توانایی‌های شناختی دوقلوهای کلی تا ارزیابی تغییرات در نحوه‌ی بیان ژن‌ها و علائمی از تغییرات متابولیسمی آن‌ها. البته این کنترل ۱۰۰ درصد کامل نیست؛ به دلیل اینکه پژوهشگران باید اطلاعات در دوره‌های مختلف را با هم مقایسه کنند. اگر سطح (اطلاعات زیست‌شناختی) اسکات در هر یک از این تست‌ها نسبت به مارک در زمان خاصی به‌طور گسترده‌ای متفاوت باشد، ممکن است بتوان این تغییرات را به زمانی که اسکات در فضا صرف کرده است، مرتبط دانست. به‌همین دلیل است که برخی سوءتعبیرها در مورد نتایج این آزمایش‌ها به‌ وجود آمده است.

به کنفرانس خبری ناسا بازگردیم، جایی است که این سوءتعبیرها به‌ وجود آمدند. در این کنفرانس که روز ۳۱ ژانویه برگزار شد، ناسا گزارش کرد:

پژوهشگران اکنون می‌دانند که ۹۳ درصد از ژن‌های اسکات پس از فرود (به زمین) به حالت عادی بازگشته‌اند. با وجود این، ۷ درصد باقی‌مانده نشان از تغییرات درازمدت در ژن‌های مربوط به سیستم ایمنی بدن، ترمیم DNA، شبکه‌های تشکیل استخوانی،هیپوکسی (کاهش اکسیژنی در بافت‌های بدن) و هیپرکاپنی(افزایش بیش از حد دی‌اکسید کربن در خون) دارند.

در ماه ژانویه که این کنفرانس خبری برگزار شد، توجهات زیادی به خود جلب نکرد. ناسا گزارش نتایج حاصل از پژوهش نهایی را – که انتظار می‌رود، اواخر سال جاری میلادی منتشر شود – منتشر نکرده است. این موضوع می‌تواند دقیقا به این معنا باشد که ناسا هنوز مشغول کار روی این پروژه است. در نهایت، اواسط ماه گذشته بود که برخی رسانه‌ها به‌ دلایلی نامشخص به این موضوع پرداختند.

یکی از این رسانه‌ها، Newsweek بود که یادداشتی با این تیتر منتشر کرد:

اسکات کلی: فضانورد پژوهش دوقلوهای ناسا، تأیید کرد که DNA فضانوردان واقعا در فضا تغییر می‌کند.

اما Live Science، دیگر رسانه‌ای که به این موضوع پرداخت، مطلبتحسین‌برانگیزی با این تیتر منتشر کرد:

ما در مورد تغییر ژن‌های اسکات کلی در فضا، کاملا در اشتباه بودیم.

طرح کلی پژوهش دوقلوهای ناسا

این موضوع بیشتر به این دلیل سوءبرداشت شد که ناسا روشن نکرده بود تغییر در ژن به چه معنا است. اگر ۷ درصد از DNA فردی تغییر کند، دیگر انسان نیست! انسان‌ها و شامپانزه‌ها از لحاظ ژنتیکی ۹۸.۸ درصد به هم شبیه هستند. در واقع مشخصا منظور ناسا، تأثیرپذیری ژن‌ها در طول سفر فضایی بوده و بدون شک اسکات کلی هنوز انسان است و هنوز دوقلوی مارک کلی، با DNA یکسان است. پس چه چیزی تغییر کرده است؟ بیان ژن.

توضیح مختصری در رابطه با بیان ژن

انسان‌ها حدود ۲۰ هزار ژن قرارگفته در ۲۳ کروموزوم DNA دارند. هر فردی هر یک از این ژن‌ها را در هر سلول بدن خود دارد. با وجود این، سلول‌ها متفاوت هستند؛ سلول‌های عصبی به‌هیچ‌وجه شبیه سلول‌های معده نیستند و عملکردی بسیار متفاوت دارند. یکی سیگنال‌های الکتریکی و شیمیایی را در سیستم عصبی انتقال می‌دهد و دیگری برای کمک به هضم مواد غذایی، اسید را منتقل می‌کند.

تفاوت‌ها به‌ دلیل اختلافات در DNA نیستند؛ بلکه این به‌دلیل نحوه‌ی بیان ژن است. مسیرهای شیمیایی پیچیده و حلقه‌های بازخورد منجر به فعال شدن ژن‌های خاص و برعکس، غیر فعال شدن برخی ژن‌های دیگر می‌شود. هر کدام از ژن‌ها برای یک پروتئین برنامه‌ریزی شده‌اند و بسته به اینکه کدام ژن‌ها فعال باشند، ساختارهای مختلف ساخته می‌شوند و اتفاقات مختلفی رخ می‌دهد.

تغییرات ظریف در بیان ژن، نورون‌های فرد را به سلول‌های خونی تبدیل نمی‌کند؛ اما می‌تواند کارکرد آن‌ها را تغییر دهد. تغییرات در بیان ژن می‌تواند سلول‌ها را به سلول‌های سرطانی تبدیل کند یا موجب زنجیره‌ای از رویدادها شود که شانس ابتلای فرد به بیماری قلبی را افزایش دهد. راه‌های مختلفی برای شناسایی تغییرات بیان ژن وجود دارد. یکی با نگاه کردن به سطوح RNA و مولکول‌های پیام‌رسان آن است که به کارکرد و ساخت پروتئین برای کدهای ژن کمک می‌کند. روش دیگر دنبال کردن متیلاسیون است؛ زمانی که یک مولکول DNA به یک ماده‌ی شیمیایی می‌چسبد، این ماده می‌تواند این بخش از ژن را فعال کند.

ناسا دوباره تغييراتي در ژن‌هاي مربوط به سيستم ايمني اسکات کلی گزارش کرد. ما نمی‌توانیم از این موضوع چیز زیادی بدانیم و باید منتظر مقاله نهایی باشیم. ناسا در به‌روزرسانی کنفرانس خود روشن کرد که تغییر ۷ درصدی بیان ژن کلی، بسیار کم و احتمالا در محدوده‌ی انسان‌هایی است که تحت فشار قرار می‌گیرند؛ مانند کوهنوردان یا غواصان.

یکی دیگر از تیم‌های پژوهش دوقلوهای ناسا، به‌دنبال تغییرات تلومر کلی است. با بالا رفتن سن، تلومرهای فرد (در توالی‌های تکراری انتهای کروموزومِ سلول‌های سفید خون) کوتاه می‌شوند. بنابراین ناسا انتظار داشت تلومرهای اسکات کلی پس از سپری کردن یک سال در فضا، کوتاه شده باشد؛ اما در کمال شگفتی، نتایج اولیه‌ نشان از افزایش طول تلومرها یا افزایش جمعیت سلول‌هایی داشت که دارای تلومرهای بلندتری بودند. این ادعای دیگری است که باید زمانی که مقاله نهایی منتشر می‌شود، به دقت ارزیابی شود.

برای قضاوت در مورد تغییر کردن کلی در فضا، خیلی زود است

به‌طور کلی، نتیجه‌گیری دقیق در مورد اینکه چه جنبه‌هایی از سفرهای فضایی به این تغییرات منجر می‌شود (در صورتی که واقعی باشند) دشوار است. ران بلکمن، پژوهشگر ژنتیکی از دانشگاه مینه‌سوتا، می‌گوید ژن‌ها همواره فعال و غیر فعال می‌شوند و این چرخه‌ها اساسا روی همه چیز تأثیر می‌گذارند. استرس، رژیم غذایی، قرار گرفتن در معرض عوامل بیماری‌زا، فعالیت بدنی و حتی انزوا می‌تواند به‌طور بالقوه باعث تغییر نحوه‌ی فعال و غیر فعال شدن ژن‌ها شود. بسیاری از ژن‌ها نیز  بر اساس یک ریتم شبانه‌روزی فعالیت می‌کنند؛ به این معنی که به‌صورت منظم در یک چرخه‌ی ۲۴ ساعته گردش می‌کنند. بنابراین، حتی پژوهشی انجام شد که نشان می‌داد مدیتیشن در نحوه‌ی بیان ژن تأثیر می‌گذارد.

تمام این موضوعات باعث می‌شود که کار برای شناسایی تغییرات بیان ژن (مانند تفاوت بین سلول سرطانی و یک سلول سالم) و آنچه دقیقا باعث این تغییرات می‌شود دشوارتر شود. اگر چنین تغییراتی وجود داشته باشد، سخت است که آن‌ها را به هر جنبه‌ای از سفرهای فضایی مرتبط بدانیم. چنین مواردی می‌توانند به دلیل قرار گرفتن در شرایط بی‌وزنی، عدم ورزش و تحرک یا اختلال خواب یا رژیم غذایی (خوردن غذای یخ‌زده و خشک) به وجود آمده باشند. همچنین چنین مشکلاتی می‌توانند تصادفی باشند.

چه می‌توانیم از پژوهش دوقلوهای ناسا بیاموزیم؟

اندی فاینبرگ زیست‌شناس مولکولی در دانشگاه جان هاپکینز است که در پژوهش متیلاسیون ژن‌های کلی‌ها شرکت داشته. البته باید ذکر کنیم که در کنفرانس خبری، اشاره‌ای به نتایج بررسی‌های او نشد و به یک آزمایشگاه دیگر رجوع شد. او می‌گوید برای همه‌ی پژوهشگرانی که در پژوهش دوقلوها درگیر هستند، فرایند انتشار پژوهش شامل نوشتن مقاله، بررسی علمی و پس از آن، امیدواری به پذیرفته شدن برای انتشار در یک مجله‌ی علمی است. فاینبرگ هشدار می‌دهد که آزمایش‌های ژنتیکی پژوهش دوقلوها برای نتیجه‌گیری قطعی در مورد تأثیر سفر فضایی روی ژنتیک انسان طراحی نشده‌اند. امکان این نتیجه‌گیری پس از بررسی یک موضوع و یک کنترل وجود ندارد. فاینبرگ می‌گوید:

می‌توانید بر اساس آن یک فرضیه مطرح کنید؛ اما نمی‌توانید هیچ چیزی را با آن ثابت کنید.

به‌طور کلی، پژوهشگران فقط به دنبال ژنتیک نیستند. آن‌ها به دنبال بررسی عملکرد شناختی، عملکرد سیستم ایمنی، متابولیسم و علائم حیاتی هستند. اطلاعات تمامی این پژوهش‌ها، ممکن است یک پژوهش جامع در مورد چگونگی تأثیر فضا بر سلامت فراهم کنند و منجر به فرضیه‌ای برای سفرهای فضایی آینده شوند. فاینبرگ می‌گوید موضوع مهم‌تر اما کم‌تر مورد توجه، این است که پژوهش دوقلوهای ناسا راهی برای دانشمندان است تا روش‌های خود برای انجام آزمون‌های زیست‌شناختی فضانوردان را اصلاح کنند. به‌عنوان مثال، وی می‌گوید او و همکارانش مدت‌زمان زیادی در «دنباله‌دار تهوع» گذرانده‌اند (هواپیمای ناسا که اثرات شرایط بدون جاذبه را شبیه‌سازی می‌کند) تا بتوانند روش‌های دقیقی برای نمونه‌گیری خون فضانوردان بیابند.

او می‌گوید:

فقط اینکه بفهمیم که چگونه این کار را انجام دهیم، موضوع بسیار دشواری است.

حتی اگر نتایج سلسله پژوهش‌های دوقلوهای ناسا، منجر به ارائه‌ی فرضیه‌ای برای آزمایش‌های آینده شود،باز هم اهمیت زیادی خواهد داشت. کار تبدیل انسان به گونه‌ای چند سیاره‌ای، طرحی بین‌ نسلی است. این پژوهش فقط یک گام کوچک برای چنین پروژه‌ی عظیمی است. بنابراین شاید در مورد چگونگی تأثیر فضا بر نحوه‌ی عملکرد ژن‌های اسکات و مارک کلی، اطلاعات زیادی در اختیار دانشمندان قرار نگیرد؛ اما آن‌ها اطلاعات بهتری برای پاسخ به این سؤالات در آینده خواهند داشت.