Das Schwerkraftproblem, über das wir nicht genug sprechen
Die Herausforderungen beim Erreichen des Mars – Raketenantrieb, Strahlenbelastung während der Reise, Landung eines großen bemannten Raumfahrzeugs auf einem Planeten mit dünner Atmosphäre – erhalten umfangreiche Berichterstattung. Weniger diskutiert wird, was mit dem menschlichen Körper nach der Ankunft geschieht. Eine neue Studie über Muskelschwund in Umgebungen mit niedriger Schwerkraft deutet darauf hin, dass der Mars mit einer Schwerkraft von etwa 38 Prozent der Erdgravitation möglicherweise nicht genug mechanische Last auf das menschliche Muskel-Skelett-System ausübt, um die progressive Muskelatrophie zu verhindern, die die Gesundheit und Leistungsfähigkeit einer Langzeit-Kolonie erheblich beeinträchtigen würde.
Die Forschung baut auf jahrelangen Daten von der Internationalen Raumstation auf, wo Astronauten in der Mikrogravitation trotz umfangreicher täglicher Trainingsmaßnahmen dramatische Raten von Muskel- und Knochenschwund erleben. Die Frage, die die neue Studie beantwortet, ist, ob eine Teilgravitation – wie der Mars mit 0,38g – einen ausreichenden Stimulus bietet, um die Muskelmasse über Jahre der Besiedlung zu bewahren, oder ob sie in eine Gefahrenzone fällt, die eine allmähliche, aber irreversible Verschlechterung selbst bei Menschen ermöglicht, die regelmäßig trainieren.
Wie Schwerkraft Muskeln erhält
Muskelmasse ist keine feste biologische Konstante, sondern eine dynamische Größe, die kontinuierlich durch das Gleichgewicht zwischen Proteinsynthese und Proteinabbau reguliert wird. Der Körper erhält Muskeln, indem er kontinuierlich mechanische Belastungen sensiert – die Kräfte, die entstehen, wenn Muskeln der Schwerkraft widerstehen – und die Proteinsyntheseraten entsprechend anpasst. In Umgebungen, in denen die Gravitationsbelastung fehlt oder reduziert ist, wird der Stimulus zur Aufrechterhaltung der Muskelmasse verringert, und der Körper reagiert, indem er die Proteinsynthese reduziert und den Proteinabbau erhöht: ein Prozess, der als Inaktivitätsatrophie bekannt ist.
Auf der Erde wird die meiste Muskelmasse durch ständiges Gehen und Stehen durch konstante Gravitationsbelastung erhalten. Im All verschwindet diese Belastung, und Astronauten auf der ISS verlieren – selbst mit zwei Stunden intensivem täglichem Training – erhebliche Muskelmasse und Knochendichte. NASAs Daten zu Langzeitraumflügen zeigen, dass ein Teil dieses Verlusts nach der Rückkehr zur Erde zurückgewonnen wird, aber die Erholung ist langsam und unvollständig für sehr lange Missionen.
Die Mars-Gravitationsfrage
Die Marsgravitation ist nicht null – sie beträgt 3,7 m/s², im Vergleich zu 9,8 m/s² auf der Erde und praktisch null auf der ISS. Ob 38 Prozent der Erdgravitation einen sinnvollen Stimulus zur Muskelkonservierung bietet, ist die zentrale Frage, die die neue Forschung beantwortet. Das Problem ist, dass 0,38g möglicherweise genug ist, um sich wie Gehen anzufühlen, aber nicht genug, um die mechanischen Lastsignale zu bieten, die der Körper benötigt, um über Jahre volle Muskelmasse zu erhalten.
Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass der minimale wirksame Gravitationsstimulus zur Muskelerhaltung höher als 0,38g ist, was bedeutet, dass Marsbewohner wahrscheinlich eine laufende schrittweise Muskelatrophie erleben würden, auch bei regelmäßigem Training. Die Rate wäre langsamer als in vollständiger Mikrogravitation, aber über Jahre der Besiedlung könnte der kumulative Verlust erheblich sein – würde die körperliche Leistungsfähigkeit reduzieren, das Verletzungsrisiko erhöhen und jedes Notfallszenario komplizieren, das anhaltende körperliche Anstrengung erfordert.
Auswirkungen auf Kolonisierungspläne
Die Ergebnisse fügen einen wichtigen Vorbehalt zu optimistischen Kolonisierungszeitplänen hinzu. SpaceX-Pläne für die Marskolonisierung stellen sich vor, dass Siedler permanent auf der Oberfläche leben, im Grunde den Gedanken, zur Erde zurückzukehren, aufgeben. Wenn die Marsgravitation für die langfristige Muskelgesundheit unzureichend ist, würden permanente Siedler einer progressiven Gesundheitstrajektorie gegenüberstehen, die keine aktuelle medizinische Intervention vollständig neutralisieren kann.
Mögliche Lösungen umfassen künstliche Schwerkraft-Habitate – rotierende Strukturen, die Zentrifugalkraft nutzen, um höhere Schwerkraft zu simulieren – aber der Bau solcher Strukturen auf dem Mars führt zu enormer technischer Komplexität und Kosten. Pharmazeutische Interventionen zur Verringerung des Muskelproteinabbaus werden erforscht, sind aber noch nicht wirksam genug, um die Deprivation von Gravitationsstimulus vollständig auszugleichen. Verbesserte Trainingsprotokolle, die speziell für Teilgravitationsbedingungen entwickelt wurden, könnten das Problem abschwächen, aber es wahrscheinlich nicht beseitigen.
Die Knochen- und kardiovaskulären Dimensionen
Muskelschwund tritt nicht isoliert auf. Die Knochendichte nimmt parallel zur Muskelmasse unter reduzierter Gravitationsbelastung ab und erhöht das Frakturrisiko. Die kardiovaskuläre Fitness verschlechtert sich, wenn sich das Herz an das Pumpen von Blut in einer Umgebung mit niedriger Schwerkraft anpasst. Flüssigkeitsumverteilung – Blut und Liquor cerebrospinalis verschieben sich in reduzierter Schwerkraft zum Kopf hin – kann zu Sichtproblemen beitragen, die bei einigen ISS-Astronauten beobachtet wurden.
Das kumulative Bild ist ein Körper, der sich progressiv an eine Umgebung anpasst, für die er nicht evolviert hat, wobei der Anpassungsprozess selbst Schaden verursacht. Das Verständnis des vollständigen Umfangs dieser Veränderungen über Zeiträume von Jahren oder Jahrzehnten erfordert Daten, die nicht aus ISS-Missionen, die auf sechs Monate bis ein Jahr begrenzt sind, erhalten werden können – Daten, die nur aus erweiterten Missionen zu Mond- oder Marsumgebungen stammen können.
Was dies für die Missionsplanung bedeutet
Die Forschung macht die Marskolonisierung nicht unmöglich, aber sie stellt klar, dass die medizinischen Herausforderungen der erweiterten Marsbesiedlung mindestens so erheblich sind wie die technischen Herausforderungen, dorthin zu gelangen. Die zukünftige Mars-Missionsplanung muss die Physiologie des Lebens in 0,38g als Designvorgabe erster Ordnung behandeln – und dies sollte das Habitatdesign, die täglichen Aktivitätsanforderungen, die medizinische Versorgung und eine ehrliche Einschätzung dessen informieren, worauf sich Langzeitsiedler einlassen.
Dieser Artikel basiert auf einer Berichterstattung von Gizmodo. Lesen Sie den ursprünglichen Artikel.
