Kể từ khi Liên Xô thành công đưa con người lên tàu vũ trụ đi vòng quanh Trái Đất, rất nhiều các thế hệ phi hành gia trẻ tuổi đã được đào tạo và làm việc ngoài không gian. Điển hình nhất là các phi hành đoàn nghiên cứu trên trạm vũ trụ ISS hay các tàu thăm dò mang theo con người của Trạm không gian Thiên Cung 1.
Trong quá khứ, tương lai và hiện tại, phi hành gia vẫn là những người phải nhiều nhiều mối đe dọa về tính mạng, từ quá trình phóng tên lửa đến môi trường làm việc không trọng lực. Những nghiên cứu về thể chất của nhiều phi hành đoàn liên tục trong nhiều năm đã lần lượt chỉ ra nhiều nguy cơ đáng lo ngại đến những người cống hiến cho nhân loại ngoài bầu khí quyển của Trái Đất.
1. Các phi hành gia bị đột biến gen vì lượng tia bức xạ vũ trụ dày đặc
Đối với những người làm việc dưới bầu khí quyển an toàn của Trái Đất, bức xạ vũ trụ không phải là một vấn đề lớn. Hầu hết những bước sóng gây hại đều đã bị tầng Ozon ngăn lại, vì thế chúng ta ít bị ung thư da do ánh nắng mặt trời hay bị thiêu đốt bởi các tia vũ trụ. Nhưng các nhà phi hành gia thì không an toàn như thế.
Trong môi trường làm việc trực tiếp bên ngoài không gian, họ buộc phải đối mặt với nguy cơ bị các tia bức xạ vũ trụ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và tính mạng. Chính vì vậy mà sau mỗi lần công tác, các phi hành gia đều được kiểm tra sức khỏe kỹ lưỡng ngay khi trở về Trái Đất.
NASA đã từng đặc biệt thực hiện một thí nghiệm kiểm tra mức độ ảnh hưởng của bức xạ không gian đến cấu trúc gen của con người và mới đây nó đã được công bố kết quả trên một tạp chí khoa học. Các mẫu vật được lấy từ những chuyến du hành kéo dài khoảng 12 ngày trong suốt khoảng thời gian từ năm 1998 đến năm 2001 trên cơ thể của 14 phi hành gia.
Họ đều đặn lấy hai mẫu máu sau mỗi chuyến công tác trên bầu trời. Lần đầu tiên là 10 ngày trước khi vào không gian, lần thứ hai là vào ngày hạ cánh hoặc trong vòng 3 ngày sau khi quay trở về Trái Đất. Sau lần cuối cùng vào năm 2001, toàn bộ các mẫu máu đã đưa vào tủ đông ở nhiệt độ âm 80 độ C và không mở ra trong suốt 20 năm.
Ngày nay, con người đang muốn mở rộng lĩnh vực hàng không vũ trụ sang cả yếu tố thương mại thay vì chỉ gói gọn trong những nội dung nghiên cứu. Tuy nhiên, môi trường chân không bên ngoài hành tinh tiềm ẩn rất nhiều vấn đề mà con người không thể đánh giá hết được.
Ngay cả khi đã được huấn luyện gay gắt và cực kỳ kỹ lưỡng, các phi hành gia vẫn phải chịu rất nhiều rủi ro về sức khỏe sau khi cống hiến ngoài vũ trụ. Giáo sư David Goukassian, một bác sĩ đã nghiên cứu nhiều năm tại Viện Nghiên cứu Tim mạch tại Icahn Mount Sinai ở New York (Mỹ) mới đây đã phát biểu với tờ Daily Mail: “Các phi hành gia phải làm việc trong một môi trường quá khắc nghiệt, họ thường xuyên phải đối mặt với nhiều yếu tố có thể gây đột biến gen, đặc biệt là bức xạ không gian”.
Trong tương lai, nếu nhân loại muốn du hành đến những hành tinh xa xôi hơn hay thương mại hóa công nghiệp hàng không vũ trụ thì yếu tố sức khỏe con người phải được đặt lên hàng đầu. Đặc biệt, NASA cũng đang chuẩn bị rất kỹ các yếu tố để con người đổ bộ lên sao Hỏa vào một tương lai không xa.
Giáo sư David Goukassian cùng với nhóm nghiên cứu của mình đã phân tích rất kỹ các mẫu máu được lưu trữ từ 20 năm trước. Họ phát hiện ra tất cả các đột biến ADN của các phi hành gia đều ở dạng đột biến tế bào cấu trúc soma. Tế bào soma hay còn được gọi là tế bào sinh dưỡng là dạng cấu trúc không có chức năng lưu trữ và truyền đạt bộ gen sang thế hệ mới, chính vì thế mà chúng ta không cần quá lo ngại về các thế hệ sau của các nhà phi hành gia.
Các đột biến gen được phát hiện chủ yếu gây nên các bệnh ung thư, đặc biệt là ung thư máu
Trong báo cáo gần đây nhất, có 34 đột biến đã được phát hiện trong 17 trình tự Gen phân chia và phát triển tế bào. Các nhà khoa học đã nỗ lực phân tích bằng phương pháp giải trình tự ADN và nghiên cứu tế bào sinh học. Kết quả cho thấy những đột biến trong cấu trúc chủ yếu xuất hiện trên một đoạn được gọi là TP3.
Trong những tài liệu nghiên cứu trước đây về bệnh bạch cầu cấp tính, TP3 là một đoạn gen tạo ra được một hoạt chất protein giúp ức chế sự hình thành khối u và DNMT3A. Đây rõ ràng là một bằng chứng trực tiếp cho thấy môi trường không gian nguy hiểm như thế nào đối với loài người. Các nhà phi hành gia có thể sẽ mắc hàng loạt các bệnh ung thư hoặc tim mạch trong tương lai nếu họ tiếp tục làm việc và tiếp xúc với phần lớn lượng bức xạ từ mặt trời và khoảng không vũ trụ.
Dù hiện tại giáo sư Goukassian vẫn nhấn mạnh rằng, các đột biến này vẫn đang trong tầm kiểm soát và chưa gây nguy hại chết người nhưng trong tương lai không ai dám khẳng định điều gì về chúng. Trong các dạng ung thư được phát hiện và chẩn đoán nhờ y học hiện đại, bệnh bạch cầu cấp tính là dạng phát triển đột biến có thể tước đoạt mạng sống của con người một cách nhanh chóng nếu không phát hiện ra và hóa trị kịp thời.
Các tế bào ung thư biến dạng hồng cầu và nhân chúng lên một cách nhanh chóng gây tắc nghẽn các mạch máu đi nuôi cơ thể, dẫn đến tử vong. Chính vì thế mà các phi hành gia cần quay về Trái Đất thường xuyên, sau một thời gian nhất định để đảm bảo an toàn sức khỏe.
Những lời khuyên được đưa ra dựa trên các nghiên cứu thực tế
NASA khẳng định đánh giá về yếu tố con người ngoài không gian là điều kiện tiên quyết để thực hiện các sứ mạng tương lai. Con người đang lên kế hoạch cho những dự án quy mô lớn như đổ bộ lên hành tinh đỏ hay quay trở lại mặt trăng để nghiên cứu các mẫu khoáng chất và lấy thêm các mẫu vật nghiên cứu.
Khoảng không vũ trụ là một điều bí ẩn tồn tại hàng ngàn rủi ro đối với những loài sinh vật nhỏ bé, vì vậy chúng ta cần phải chuẩn bị chu đáo nhất về vấn đề an toàn tính mạng cho các phi hành gia.
Những nghiên cứu trước đây của các Viện sinh học cũng đã từng chỉ ra nguy cơ bị loãng xương của các phi hành gia, ngay cả khi họ đã từ trường không gian không trọng lực quay về Trái Đất hơn một năm. Khi không có trọng lực tác động, con người di chuyển bằng cách trôi nổi tự do trong các khoang tàu. Việc không có áp suất đã khiến các tế bào xương giãn cách ra xa nhau và gây lên bệnh loãng xương làm cấu trúc của chúng trở nên giòn và dễ gãy hơn.
Các tài liệu này cho biết, sự thoái hóa về xương do bay vào vũ trụ tương đương với một thập kỷ mà quá trình thoái hóa xương xảy ra liên quan đến tuổi tác trên Trái đất. So sánh này đã làm nổi bật lên sự tàn khốc trong môi trường hoạt động của các phi hành gia. Họ phải chịu nhiều thiệt thòi và rủi ro rất lớn để làm việc và cống hiến cho nhân loại.
Theo những dòng cuối của nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Nature Communications Biology, các tác giả khuyến cáo NASA nên lấy mẫu máu và làm xét nghiệm đột biến gen cho các phi hành gai theo khoảng thời gian trung bình từ 3 đến 5 năm.
Họ cũng cần áp dụng chính sách này đối với cả các phi hành gia đã nghỉ hưu vì rất có thể đến tuổi đó các bệnh về đột biến mới bắt đầu phát tác. Sau mỗi chuyến bay vào không gian, đội ngũ y tế cần giúp họ lọc máu và theo dõi sát xao các chỉ số sức khỏe. Đây là vấn đề cấp thiết cần được đảm bảo một cách tối ưu.
2. Não bộ của các phi hành gia cũng bị ảnh hưởng khi ở ngoài Trái Đất
Chúng ta đều biết, từ khi sinh ra đến khi chết đi, loài người và rất nhiều loài sinh vật khác đều tiến hóa để thích nghi và sinh sống thoải mái trong môi trường trọng lực của Trái Đất. Trọng lực giúp não bộ và hệ thống tuần hoàn máu trong cơ thể con người hoạt động bình thường và khỏe mạnh theo những nguyên tắc nhất định.
Thế nhưng, đối với các phi hành gia, sự biến mất của trọng lực không gian đã khiến não bộ của họ xảy ra nhiều thay đổi cả về hình dạng và nguyên tắc hoạt động. Trên Trái Đất, bộ não của con người sẽ thay đổi khi chúng ta dần già đi theo năm tháng còn trong môi trường vũ trụ, mọi thứ sẽ rất khác biệt.
Theo nghiên cứu về các biến đổi gen trong máu của con người, Cơ quan Vũ trụ châu Âu cũng đã hợp tác ngắn hạn với Cơ quan vũ trụ Nga Roscosmos để tập trung nghiên cứu các biến đổi về não của con người khi hoạt động ngoài không gian không có lực hút Trái Đất.
Kết quả tổng quan cho thấy những biến đổi về não bộ của các phi hành gia thậm chí vẫn kéo dài hàng tháng trời ngay cả khi họ đã nghỉ hưu và quay về với môi trường sống bình thường. Trưởng nhóm Floris Wuyts – một nhà nghiên cứu thuộc Đại học Antwerp ở Bỉ, cho biết, những thay đổi não bộ kỳ lạ mà nhóm quan sát được là “rất mới mẻ và rất bất ngờ”, hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cánh của mới cho nền y học vũ trụ.
Những nghiên cứu đầu tiên về não bộ con người sống ngoài không gian
Ánh sáng vũ trụ rất khác với ánh sáng mặt trời mà chúng ta tận hưởng vào ban ngày trên hành tinh. Đó là loại ánh sáng trắng đã lược bỏ hết các bước sóng mang theo tia lượng tử và bức xạ không gian. Trong khi đó, đa số các nhà phi hành gia sẽ phải làm việc không có lá chắn tự nhiên và đối mặt trực tiếp với ánh sáng vũ trụ.
Trên thực tế, trong khoảng không ngoài Trái Đất không chỉ có tia bức xạ từ Mặt trời, nó bao gồm rất nhiều loại ánh sáng lượng tử khác phát ra từ các ngôi sao lân cận và các hành tinh. Tất cả đều gây hại trực tiếp đến con người.
Nhóm nghiên cứu đã nỗ lực kiểm tra các giả thuyết và khám phá xem não bộ của các phi hành gia đã thích nghi như thế nào với ánh sáng vũ trụ. Cụ thể, theo lời của trưởng nhóm Wuyts cho biết: Họ tập trung vào nghiên cứu tính linh hoạt phản ứng của não bộ với tác nhân ánh sáng, đồng thời nghiên cứu chủ yếu về khả năng kết nối trong não của các đối tượng du hành vũ trụ.
Các khám phá trước đây về cơ thể sinh học của nhân loại đã chứng minh, não bộ cần trọng lực để hoạt động bình thường và duy trì hình dạng, các tác giả nghiên cứu cũng muốn tìm hiểu xem yếu tố này có gây hại gì với các nhà du hành hay không.
Thực hiện nghiên cứu
Đôi nhóm của Floris Wuyts đã tiến hành kiểm tra và chụp cộng hưởng từ não bộ của 12 phi hành gia nam làm việc chủ yếu trên trạm vũ trụ quốc tế ISS. Họ đều được đo sóng não và chụp ảnh quan sát não bộ ngay trước khi cất cánh 10 ngày và tiếp tục được chuyên gia theo dõi 7 tháng liên tục sau khi hạ cánh quay trở lại Trái Đất.
Tất cả các thành viên thực hiện thí nghiệm trên đều có một lịch trình công tác dài ngày ngoài không gian, trung bình kéo dài từ 172 ngày hoặc chỉ hơn 5 tháng rưỡi. Trong môi trường không trọng lực lâu dài, những biến đổi về não bộ của họ rõ rệt hơn rất nhiều, hỗ trợ đắc lực cho các quan sát về sau của thí nghiệm.
Sau khi nhóm phi hành gia trở lại Trái Đất, họ sẽ được chụp MRI định kỳ sau mỗi khoảng thời gian cố định. Tiếp đến, các nhà nghiên cứu sẽ sử dụng một loại kỹ thuật ghi lại hình ảnh não bộ tiến tiến, sử dụng MRI khuếch tán (chụp cộng hưởng từ) hoặc quét dMRI để nghiên cứu cấu trúc và kết nối bên trong não rồi tái tạo thành hình ảnh 3D của não bộ người thực hiện thí nghiệm.
Trên trang Space.com, nhóm trưởng đội nghiên cứu phát biểu: Cách xem xét dưới góc độ MRI coi não bộ con người giống như một siêu máy tính, trong đó chất xám là bộ vi xử lý trong PC, chất trắng là các kết nối trên bo mạch chủ của PC, giữa tất cả các đơn vị xử lý. Họ cũng tiến hành quan sát cả các chất chất lỏng trong não , được gọi là dịch não tủy (CSF).
Não bộ con người đã thực sự biến đổi?
Do môi trường không trọng lực của không gian ngoài hành tinh, các chất lỏng không hoạt động như nguyên lý vốn có của nó. Cơ thể con người có 70% là các chất lỏng bao gồm nước, máu và các dịch thể trong não. Nhóm nghiên cứu đã khám phá ra rằng những thay đổi về não bộ của các phi hành gia đều liên quan chủ yếu đến sự thay đổi của dịch thể đặc biệt trong não.
Họ cũng rất kinh ngạc khi phát hiện thêm lượng chất trắng và chất xám trong não con người cũng tăng lên sau một khoảng thời gian làm việc ngoài không gian vũ trụ. Xét về mặt cấu tạo sinh học của não bộ thì chất trắng tạo điều kiện giao tiếp giữa chất xám trong não và giữa chất xám với phần còn lại của cơ thể. Điều này có nghĩa là hệ thần kinh của các phi hành gia linh hoạt và phản ứng nhanh hơn người bình thường sống trên Trái Đất.
Trong não bộ có một cấu tạo nhỏ nằm giữa hai bán cầu não và đảm bảo khả năng liên kết gọi là tâm thất. Đây là bộ phận đóng vai trò như những túi vừa sản xuất vừa lưu trữ CSF – dạng chất lỏng bao quanh não và tủy sống. Môi trường không trọng lực khiến tâm thất dãn ra và làm biến đổi hình dạng não bộ.
Andrei Doroshin – tác giả chính của bài báo công bố và là một nhà nghiên cứu tại Đại học Drexel ở Pennsylvania cũng cho biết thêm một vài khám phá mới, ông tiết lộ rằng các nhà khoa học đã thực hiện tìm thấy những thay đổi trong kết nối thần kinh giữa một số vùng vận động của não. Chúng dày đặc và phát triển mạnh mẽ hơn.
Trong một khoảng không gian mà bất cứ thứ gì cũng trôi nổi lềnh bềnh, chất lỏng ở mọi nơi bị biến dạng và tách ra, các phi hành gia phải thực hiện hoạt động tiêu tốn năng lượng gấp 1,5 lần trên Trái Đất. Chính vì thế mà trung khu vận động thần kinh trung ương của họ mạnh hơn.
Những phát triển về các dây thần kinh vận động không dừng lại ngay cả khi họ đã quay trở về và ở lại mặt đất liên tục trong 7 tháng sau đó. Sự thay đổi đột ngột về hàng loạt phản ứng dưới tác động trở lại của trọng lực khiến những bộ não đang hoạt động mạnh mẽ của các phi hành gia bị chèn ép, vì thế họ thường xuyên ngất xỉu vào khoảng thời gian đầu quay trở về nhà do hiện tượng thiếu máu lên não.
Các biện pháp bảo vệ não bộ khi sống ngoài không gian
Tuy những nghiên cứu của nhóm khoa học không chỉ ra một cách rõ ràng các tác động tiêu cực của môi trường vũ trụ đến não bộ nhưng NASA vẫn lưu ý triển khai các biện pháp khắc phục. Khám phá trên là bước đầu tiên trong kế hoạch tìm hiểu sự ảnh hưởng của chân không và ánh sáng vũ trụ đến sự tồn tại của con người nhằm phát minh ra các biện pháp bảo vệ não bộ tốt hơn cho các phi hành gia.
Nhóm trưởng Wuyts đã đề xuất giải pháp bằng cách xây dựng các trạm không gian có thể tạo ra trọng lực nhân tạo nhờ lực hấp dẫn nhân tạo. Các nhà khoa học đang tiến hành mô phỏng lại trọng lực của hành tinh nhờ tạo ra quán tính bằng lực hấp dẫn và lực ly tâm trên các con thuyền vũ trụ. Ý tưởng điên rồ nhưng rất khả thi này đã được đề cập từ lâu trong các bộ phim khoa học viễn tưởng.
Nó giống với hình dáng chiếc bánh rán xoay như trong phim của Stanley Kubrick ‘Space Odyssey 2001’. Họ sẽ giải quyết dứt điểm được vấn đề dịch chuyển chất lỏng trên các con tàu không gian và cuộc du hành đặt chân lên sao Hỏa. Tương lai không xa, nhân loại có thể tạo ra môi trường làm việc tốt hơn và ít nguy hiểm hơn ngoài Trái đất.
