هشداری برای تسخیرکنندگان آینده فضا: بچه‌هاتان در زمین سرگیجه خواهند گرفت!

سفر به اعماق کیهان و سکونت در سیارات دیگر، همواره یکی از جذاب‌ترین رویاهای بشر بوده است. اما فراتر از چالش‌های فنی ساخت فضاپیماها، یک پرسش بیولوژیکی بزرگ وجود دارد: بدن ما چگونه خود را با شرایط جاذبه صفر یا میکروگراویتی تطبیق می‌دهد؟ مغز و سیستم عصبی انسان در طول میلیون‌ها سال تکامل روی زمین، به وجود شتاب گرانش عادت کرده‌اند و تمام اندام‌های حسی ما بر این اساس تنظیم شده‌اند. اگر روزی بشر بتواند در فضا تولیدمثل کند، فرزندانی که در محیط بدون جاذبه متولد می‌شوند و رشد می‌کنند، پس از ورود به زمین با چه چالش‌هایی روبرو خواهند شد؟ پاسخ به این پرسش کلیدی، مسیر ما را برای استعمار فضا تغییر خواهد داد.

در این مقاله می‌خواهیم بررسی کنیم که چگونه نبود جاذبه بر سیستم تعادلی موجودات زنده تاثیر می‌گذارد و چرا نوزادان متولد شده در فضا ممکن است هرگز نتوانند روی زمین راه بروند. ما با مرور یک آزمایش تاریخی ناسا روی عروس‌های دریایی، مکانیسم‌های حسی مشترک میان انسان و سایر جانداران را تحلیل می‌کنیم. آیا سفرهای فضایی طولانی‌مدت می‌توانند تغییراتی برگشت‌ناپذیر در سیستم عصبی ما ایجاد کنند؟ برای درک این موضوع، ابتدا باید به ساختار شگفت‌انگیز گوش داخلی و نحوه درک جهت‌ها در بدن نگاهی بیندازیم.

تکامل حواس و درک شتاب گرانش در موجودات زنده

برای درک عمیق چالش تعادل در فضا، ابتدا باید به میلیاردها سال پیش و آغاز حیات در اقیانوس‌های زمین نگاه کنیم. تکامل موجودات زنده همواره تحت تاثیر نیروهای ثابت محیطی بوده که مهم‌ترین و پایدارترین آن‌ها، نیروی گرانش زمین است. از تک‌سلولی‌ها تا پستانداران پیچیده، همه موجودات به سیستمی برای تشخیص جهت نیروی جاذبه مجهز شده‌اند تا بتوانند جهت حرکت، شکار و فرار از خطرات را تعیین کنند. این سیستم حسی پایه، به عنوان سنگ بنای بقا در زمین شناخته می‌شود و تغییر ناگهانی آن می‌تواند کل ساختار رفتاری موجود زنده را به چالش بکشد.

موجودات زنده برای حس کردن این نیرو، اندام‌های حسی ویژه‌ای توسعه داده‌اند که بر پایه رسوب مواد معدنی سنگین کار می‌کنند. در ساده‌ترین جانداران، حرکت ذرات ریز معدنی روی گیرنده‌های حساس به لمس، به مغز یا شبکه عصبی پیام می‌دهد که کدام سمت پایین و کدام سمت بالا است. بدون این داده‌های حیاتی، حرکت هدفمند در فضا غیرممکن خواهد بود. به همین دلیل، بررسی نحوه شکل‌گیری این اندام‌ها در طول دوران جنینی و نوزادی، اهمیت بالایی در زیست‌شناسی فضایی دارد؛ چرا که نشان می‌دهد آیا بدن بدون محرک گرانش می‌تواند این حسگرهای حیاتی را به درستی برنامه‌ریزی و فعال کند یا خیر.

ماجرای شاتل کلمبیا و سرگیجه عروس‌های دریایی

در سال‌های ابتدایی دهه 1990، ناسا برای آزمایش تأثیر شرایط فضا روی تکامل عروس‌های دریایی (Jellyfish)، تعدادی از آن‌ها را با شاتل کلمبیا (Space Shuttle Columbia) به فضا فرستاد. در طی این آزمایش‌ها، مشخص شد که عروس‌های دریایی توانایی تشخیص جاذبه و بالا و پایین را از دست می‌دهند.

عروس‌های دریایی در قسمت پایینی بدن قارچ‌مانند خود، کریستال‌های سولفات کلسیم (Calcium sulfate) دارند. این کریستال‌ها در پاکت‌های کوچکی در سلول‌های مویی آن‌ها قرار دارد. وقتی عروس‌های دریایی حرکت می‌کنند، این کریستال‌ها هم جابجا می‌شوند و با سیگنال‌هایی که به مغز عروس دریایی می‌فرستند، جهت جاذبه زمین و در نتیجه بالا و پایین را اعلام می‌کنند.

در عروس‌های دریایی که به فضا برده شده بودند و در آنجا مراحل تکامل خود را طی کرده بودند، این پاکت‌ها به ظاهر به صورت طبیعی ایجاد شده بودند. اما جالب است که وقتی این عروس‌های دریایی به زمین آورده شدند، مشخص شد که آن‌ها در تشخیص جاذبه مشکل پیدا کرده‌اند و در نتیجه حرکات و شیوه خاص باز و بسته شدن متناوب آن‌ها، مختل شده است.

ما انسان‌ها هم در گوش داخلی خود کریستال‌های کلسیم به نام اوتولیت (Otolith) داریم و به شیوه مشابهی جهت جاذبه را تشخیص می‌دهیم.

حالا سؤال اینجاست که آیا اگر کودکی در فضا بزرگ شود و آیا اصلا در آنجا متولد شود، اگر به شرایط جاذبه زمین یا سیارات دیگر برده شود، مثل عروس‌های دریایی، مشکل پیدا خواهد کرد یا نه؟ برای اطلاعات بیشتر در مورد پروژه‌های فضایی، می‌توانید گزارش‌های علمی آژانس فضایی ناسا (NASA) را مطالعه کنید.

آناتومی تعادل؛ از کریستال‌های کلسیم تا سیستم اوتولیت گوش انسان

سیستم دهلیزی یا همان بخش تعادلی گوش داخلی انسان، ساختار فوق‌العاده ظریفی دارد که به طور مداوم زاویه سر و شتاب‌های خطی را پایش می‌کند. در این سیستم، مجاری نیم‌دایره‌ای و کیسه‌های غشایی وجود دارند که مایع خاصی درون آن‌ها جریان دارد. ذرات ریز کربنات کلسیم که به آن‌ها اوتولیت می‌گوییم، روی یک لایه ژلاتینی قرار گرفته‌اند و سنگینی آن‌ها باعث می‌شود با هر تغییر جهت سر، روی سلول‌های مویی سر بخورند. این حرکت فیزیکی بلافاصله به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل شده و از طریق عصب تعادلی به مغز فرستاده می‌شود تا ما بدون نیاز به نگاه کردن، موقعیت خود را در فضا درک کنیم.

در فضا و در وضعیت میکروگراویتی، این سنگ‌ریزه‌های تعادلی دیگر وزنی ندارند تا سلول‌های حسی زیرین خود را تحریک کنند. فضانوردانی که به ایستگاه فضایی می‌روند، در روزهای نخست به دلیل عدم تطابق داده‌های چشمی و سیگنال‌های گوش داخلی، دچار تهوع فضایی شدید می‌شوند. مغز پس از مدتی یاد می‌گیرد که اطلاعات گوش را نادیده گرفته و فقط به بینایی تکیه کند. اما این انطباق موقت در بزرگسالان رخ می‌دهد؛ در حالی که در یک جنین در حال رشد، عدم وجود این سیگنال‌های گرانشی مداوم می‌تواند مسیرهای عصبی پردازش تعادل در مغز را برای همیشه خاموش یا دگرگون سازد.

چالش‌های زایمان و رشد نوزادان در محیط‌های فضایی

بارداری و زایمان در فضا فراتر از چالش‌های اخلاقی، با موانع فیزیولوژیکی عظیمی روبرو است که آینده بقای انسان در خارج از زمین را تهدید می‌کند. در غیاب جاذبه، جریان مایعات بدن تغییر کرده و کلسیم به سرعت از استخوان‌های مادر خارج می‌شود که این امر خطرات جدی برای شکل‌گیری اسکلت جنین دارد. علاوه بر این، بدون نیروی گرانش، زایمان طبیعی به شدت دشوار خواهد بود؛ زیرا انقباضات رحم و حرکت جنین به سمت کانال زایمان تا حد زیادی به موقعیت قرارگیری و سنگینی بدن بستگی دارد. این فاکتورهای فیزیکی نشان می‌دهند که تولد در فضا نیازمند مداخلات پزشکی بسیار پیچیده است.

پس از تولد، نوزاد فضایی وارد مرحله رشد حرکتی می‌شود. در زمین، نوزادان با تلاش برای غلبه بر گرانش، عضلات گردن، پشت و پاهای خود را تقویت می‌کنند تا در نهایت بتوانند بنشینند و راه بروند. در یک ایستگاه فضایی، این نیاز فیزیکی حذف می‌شود و در نتیجه عضلات و استخوان‌ها رشد کافی نخواهند داشت. نوزادی که هرگز ایستادن را تجربه نکرده و سیستم اوتولیت گوش او برای شتاب یک جی (1G) کالیبره نشده است، پس از ورود به زمین با بحران حرکتی شدید، سرگیجه‌های مداوم و ناتوانی در حفظ تعادل مواجه خواهد شد که درمان آن ممکن است غیرممکن باشد.

راهکارهای تکنولوژیک برای شبیه‌سازی جاذبه در سفرهای طولانی

برای جلوگیری از فاجعه بیولوژیکی نسل‌های آینده در فضا، دانشمندان علوم فضایی به دنبال طراحی سازه‌هایی با جاذبه مصنوعی هستند. یکی از قدیمی‌ترین و عملی‌ترین ایده‌ها، استفاده از نیروی گریز از مرکز در فضاپیماهای چرخنده است. با چرخاندن یک ایستگاه فضایی یا فضاپیمای استوانه‌ای بزرگ حول محور خود، نیرویی شبیه به گرانش زمین به سمت دیواره‌های بیرونی ایجاد می‌شود. این شبیه‌سازی فیزیکی به بدن سرنشینان اجازه می‌دهد تا فشار فیزیکی لازم برای حفظ تراکم استخوان‌ها و کارکرد صحیح مایع گوش داخلی را دریافت کنند.

طراحی چنین سفینه‌های چرخنده‌ای به دلیل نیاز به ابعاد بسیار بزرگ و انرژی زیاد، چالش مهندسی بزرگی به شمار می‌رود. اگر شعاع چرخش کم باشد، اختلاف شتاب بین سر و پای فرد باعث ایجاد سرگیجه شدید حرکتی می‌شود که به اثر کوریولیس معروف است. بنابراین، ایستگاه‌ها باید به قدری بزرگ باشند که چرخش آن‌ها ملایم و بدون عوارض جانبی باشد. سرمایه‌گذاری روی این فناوری‌های نوین، کلید اصلی بقای طولانی‌مدت بشر در فضا و تضمین این موضوع است که فرزندان ما پس از بازگشت به سیاره مادری خود، به خاک زمین زنجیر نشوند و بتوانند آزادانه روی آن قدم بزنند.

سوالات متداول

دکتر علیرضا مجیدی

پزشک، نویسنده و بنیان‌گذار وبلاگ «یک پزشک»

دکتر علیرضا مجیدی، نویسنده و بنیان‌گذار وبلاگ «یک پزشک».
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!

دربارهٔ علیرضا مجیدی در یک پزشک