Jak přežijeme v kosmu: Na co se musí připravit budoucí vesmírní cestovatelé?

Sledování videí z paluby Mezinárodní vesmírné stanice neboli ISS může vzbuzovat dojem, že je kosmické prostředí pro člověka relativně bezpečné. Život v beztíži, přesněji řečeno v mikrogravitaci, vypadá velmi zábavně a kromě toho v izolaci od zbytku globální populace nehrozí ani nákaza chřipkou či aktuálně třeba covidem-19. Ve skutečnosti však vesmír představuje velmi nehostinné místo. Člověk se coby druh vyvinul na povrchu Země, a cestování mimo její dosah tudíž negativně ovlivňuje nejen jeho tělo, ale i psychiku. 

Přitažlivá Země

Ať už se budete řítit volným pádem v blízkosti rodné planety, nebo poletíte na palubě kosmické lodi k Marsu, ocitnete se ve stavu beztíže. Zemská gravitace zkrátka již nebude vaše tělo přitahovat, což ho negativně ovlivní: Vnitřní ucho například přestane fungovat, tudíž budete značně dezorientovaní. Změní se také činnost oběhové soustavy, takže se vám nafoukne obličej a rozostří vidění. 

Dlouhodobé působení nízké gravitace je však ještě horší: Kosti bez zátěže křehnou podobně jako při osteoporóze. Svaly, které udržují páteř vzpřímenou a obecně podepírají kostru, se zmenšují a slábnou. V neposlední řadě „chřadne“ i srdce, neboť nemusí hnát krev proti vlivu přitažlivosti. Popsané změny samozřejmě kosmonautům nekomplikují život, dokud setrvávají v beztíži. Z jistého pohledu jsou dokonce obdivuhodné, protože se jimi tělo umí přizpůsobit novému prostředí. Jakmile se však posádky po delším pobytu v mikrogravitaci vrátí na Zemi, potažmo na jakoukoliv jinou planetu, mohou i běžné úkony znamenat zásadní komplikaci. 

A přece se točí

Z dlouhodobého hlediska se má stát řešením umělá gravitace, vytvářená například otáčením trupu rozměrných kosmických lodí, v jejichž útrobách by dostředivá síla simulovala podmínky na Zemi. Jenže podobné rotující ústrojí by se muselo sestavovat přímo ve vesmíru, a k tomu zatím nemáme prostředky ani technologii. 

V krátkodobém horizontu by mohly pro potřeby posádek vzniknout malé centrifugy. Na rozdíl od rotujících segmentů lodí by pojaly vždy jen jednoho člověka, s nímž by se otáčely, zatímco by dotyčný v umělé gravitaci posiloval. Přitažlivost by se tak dala dávkovat v přesné míře, aby tělo dlouhodobým pobytem v kosmu netrpělo. 

Šaty dělají kosmonauta

David Green a jeho kolegové z londýnské King’s College spolupracují na alternativním řešení s Massachusettským technologickým institutem a s Evropskou kosmickou agenturou (ESA). Pojmenovali jej „gravity loading countermeasures skinsuit“, tedy volně přeloženo „kombinéza zajišťující účinky gravitace“ – což zní poněkud krkolomně, jde však o chytrý vynález.

Jedná se o jakýsi funkční oblek podobný tomu, v němž soupeří triatlonisté. Základem se stal elastický materiál, který pro konkrétní části těla vytváří vyvážený tlak a simuluje tím působení gravitace na Zemi. V kosmu by tak mohl astronautům pomoct bojovat proti pokřivení páteře, ochabování svalů či řídnutí kostí. Oděv se v současnosti testuje na Zemi i ve vesmíru: Dánský kosmonaut Andreas Mogensen ho měl například na sobě při své první cestě na ISS v roce 2015.

TIP: Lety do vesmíru mění astronautům jejich mozek

Nedal by se však stejný efekt zajistit pomocí léků? Na takto zaměřeném projektu se podílel Nathaniel Szewczyk z Nottinghamské univerzity, pokusy ovšem neprováděl na lidech, nýbrž na červech – konkrétně šlo o Caenorhabditis elegans neboli háďátko obecné. Zmíněná hlístice dostala od přírody do vínku dva typy svaloviny, podobné srdečním a pohybovým svalům u lidí. Zároveň vědci dokázali již kompletně popsat vývoj tohoto jednoduchého živočicha a zmapovat jeho genom. Háďátko tak představuje ideálního kandidáta na testování vlivu dlouhodobého pobytu ve vesmíru, kam už se také několikrát vydalo. 

Slunce naše jasné 

Szewczyk s kolegy na háďátkách pozoroval změnu v produkci asi stovky druhů bílkovin, z nichž mnohé se podílejí na budování svalů. „Tyto experimenty nám dovolily sledovat, jakým způsobem se v reakci na beztížný stav mění produkce proteinů,“ vysvětluje badatel. „Během nadcházejícího letu ESA budeme na červech testovat několik látek, které by mohly ztrátu svaloviny zpomalit.“ Existuje tedy naděje, že si kosmonauti v budoucnu jednoduše vezmou prášek, jenž zabrání degradaci svalů i srdce. 

Rodná planeta nám však „nepomáhá“ pouze prostřednictvím gravitace: Atmosféra spolu s magnetickým polem chrání zemský povrch před kosmickým zářením. Jedná se o konstantní proud energetických částic, jež pro člověka znamenají extrémní nebezpečí. Posádky směřující na Měsíc či k Marsu jim ovšem budou čelit. Agresivní částice způsobují mutace DNA a mohou podnítit zhoubné bujení, dlouhodobá radiace pak dokáže ovlivnit také imunitní či nervovou soustavu. 

Prospat celou cestu

Záření by mohla odstínit například několikametrová vrstva materiálu, který by ho jednoduše pohlcoval. Na Měsíci či na Marsu by se kýženého efektu dalo docílit výstavbou podpovrchových základen, nicméně zajistit podobnou ochranu u kosmické lodě je takřka nemožné – plavidlo by pak bylo masivní a extrémně drahé. Vědci se proto zaměřují spíš na zmírnění dopadu radiace na lidské tělo.  

Posloužit by mohla například speciální dieta podpořená léky, jež by zlikvidovaly volné radikály vytvářené v buňkách vlivem záření nebo by pomohly opravit DNA. Podle doktora Marca Duranteho tkví ovšem problém v tom, že současné antioxidační doplňky nejsou zcela efektivní. A léčiva na ochranu před radiací jako Ethyol sice fungují, ale zároveň jsou sama toxická. „Americké ministerstvo obrany vyvinulo několik látek, které momentálně testuje pro nasazení v boji s kosmickými částicemi,“ popisuje radiolog a dodává: „Alternativu by mohla nabídnout hibernace, neboť naše odolnost vůči záření roste s klesající teplotou.“

Nezničitelné želvušky

Pokud bychom dokázali zařídit, aby člověk přežil kryogenický spánek, mohli by kolonizátoři strávit celou několikaměsíční cestu na Mars „zmražení“. Let by jim uběhl rychleji, zůstali by chráněni před radiací a zároveň by se ušetřily zásoby kyslíku, vody i potravin. 

Zdaleka nejlepší možnost však skýtá genetická modifikace a uměle vytvořená odolnost vůči nebezpečnému záření. Takekazu Kunieda z Tokijské univerzity proto pracuje s mikroskopickými želvuškami, jež prosluly extrémní rezistencí a schopností přežít v kosmickém vakuu. Aby zjistil, které geny drobným tvorům „nezničitelnost“ zajišťují, sekvencoval jejich genom, načež vložil části DNA do savčích buněk. Výsledkem se stal objev genu Dsup, jenž zabraňuje, aby se DNA želvušek vlivem radiace „trhala“. A když jej molekulární biolog přenesl do lidských buněk, jejich odolnost vůči záření vzrostla o neuvěřitelných 40 %.

Nekonečné čekání

Dlouhodobý pobyt ve vesmíru může také ovlivnit duševní stav člověka. Kosmonauti pracující trvale na ISS často uvádějí potíže se spánkem či ztrátu chuti k jídlu a špatně snášejí rovněž nedostatek soukromí. 

Posádka případného dlouhodobého letu se navíc bude muset sestavovat velice pečlivě, s ohledem na to, aby se jednalo o co největší „pohodáře“. Během mise totiž neustále hrozí, že se něco pokazí, a pokud by se účastníci expedice ještě hádali mezi sebou, situaci by to pouze zhoršilo. Ve vesmíru nelze z konfliktů vycouvat a jít se projít na čerstvý vzduch. Ve společnosti ostatních a daleko od svých blízkých musejí astronauti vydržet měsíce. 

Z paluby ISS je alespoň možné neustále pozorovat Zemi. Cestou k Marsu nebo na jeho povrchu však pocit osamělosti či vytržení z běžného života zavládne s mnohem větší intenzitou. Zpoždění signálu navíc omezí plynulost komunikace, která se tak bude muset odehrávat prostřednictvím psaných zpráv či předem nahraných videí. 

Mimo rytmus 

Zatímco fyzické dopady dlouhodobého pobytu v kosmu lékařské testy odhalit dovedou, v případě stresu a duševních potíží záleží i na sdílnosti astronautů, kteří se často nesvěřují zcela upřímně. NASA proto věnuje duševním problémům velkou pozornost.

Ve své zprávě z roku 2016 zdůraznila řadu oblastí, jež je potřeba dál studovat. Jde například o následky dlouhodobého narušení spánku a tzv. desynchronizaci cirkadiánního rytmu – neboli vnitřních cyklů ovlivňujících tepelnou regulaci, metabolismus a bdělost. Pokud se toto tělesné tempo „rozladí“, nastávají podobné komplikace, jaké v krátkodobém měřítku zažíváme při letu do jiného časového pásma. Co kdybychom však museli desynchronizaci čelit měsíce, nebo dokonce roky? Zpráva NASA doporučila i detailnější výzkum způsobu, jakým může cirkadiánní rytmy ovlivnit strava, konkrétně její načasování – a zda by dokonce nedokázala desynchronizaci vyřešit. 

Když se láme chleba

Duševní problémy se nejlépe studují na modelových situacích. Pro kosmické lety proto vzniklo izolované prostředí vesmírné lodi, avšak na povrchu Země. Doktorka Beth Healeyová strávila víc než rok na antarktické stanici Concordia, kde studovala dopad dlouhodobého odloučení. V zimě polárníci po tři měsíce nespatří slunce, a nehostinné prostředí znemožňuje dokonce i nouzovou evakuaci. V praxi tak byli obyvatelé základny odříznutější než posádka ISS. 

V rámci jednoho z experimentů museli všichni nosit zařízení sledující nejen jejich pohyb, ale také sociální interakce. „Získali jsme díky tomu cenné informace o skupinové dynamice a jejích proměnách během mise. V budoucnu bychom tak mohli detekovat krizová období, kdy astronauti víc touží po samotě nebo kdy intenzivněji hrozí konflikty,“ vysvětluje Healeyová. 

TIP: Co dělat se sebevražedným astronautem? NASA radí spoutat a podat sedativa

Badatelka vyvíjela i kognitivní test rozdělený do deseti částí, jenž se zřejmě začlení do doporučených rutinních postupů na ISS. „Zohledňuje řadu proměnných, například chuť riskovat, reakční dobu, paměťové zkoušky a podobně. Kosmonauti by se mu podrobovali pravidelně a každý odklon od normálu by vyústil v detailnější zkoumání,“ dodává vědkyně.