미국 항공 우주국(NASA)의 우주 비행사 인 스콧 켈리 씨는, 2015년 3월부터 1년 동안 국제 우주 정거장(ISS)에 장기 체류하는 임무를 수행했다. 스콧은 일란성 쌍둥이로, 쌍둥이 형제 인 마크 E 켈리 씨도 NASA의 우주 비행사였기 때문에, 우주에 머무르는 스콧 씨와 지상의 마크 씨라고하는 2명의 몸의 변화를 조사한 것으로, 우주 환경이 인체에 미치는 영향을 자세히 조사하는 의학 실험이 진행되게 되었다.
이 실험의 결과, 우주에서는 면역 체계 관련 유전자 등의 구성에 변화가 보여진다고 하는것 같다.
현 시점에서는, 우주를 여행 할 수있는 권한을 얻을 수있는 것은 우주 비행사뿐이다. 그러나 우주의 무중력 공간에서 잠시 시간을 보내는 것으로, 인간의 몸은 생리적 또는 분자적인 다양한 변화가 일어난다.
그러한 변화를 자세히 관찰하기 위해 주목받은 것이, 쌍둥이의 우주 비행사 인 켈리 형제. 우주에서 340일을 보낼 스콧과 지상에서 보내는 마크 씨의 몸의 변화를 조사하는 것으로, 우주가 인체에 미치는 영향을 자세히 관찰하려고 생각한 것이다. 쌍둥이의 관찰은 미국 전역에서 10개 이상의 연구팀이 모였고, NASA의 주도하에 대규모 의학 실험이 거행되었다.
NASA는 "쌍둥이의 조사 결과는, 단일의 인체가 어떻게 우주라는 극한 환경에 적응해갔는지에 대한 흥미롭고 놀라운 데이터를 가져다주었습니다."라고 적고있다. 지금까지도 ISS에서 6개월 정도 보내는 것으로 생기는 몸의 변화에 대해서는 조사가 진행되어 왔었지만, 켈리 형제를 조사하는 것은, "화성 탐사 등의 장기 미션에 큰 발판이 될 것이다"라고 NASA는 말한다. 일란성 쌍둥이는 기본적으로 똑같은 유전자를 가지고 있기 때문에, 두 사람의 유전자를 비교하여 "환경이 어떻게 인체에 영향을 미칠 것인가?"를 알기위한 좋은 팁이 되었다고한다는 것.
이번 조사에서 밝혀진 무중력 공간이 인체에 미치는 영향을 나타낸 인포 그래픽이 다음의 이미지다.
◆ 텔로미어
DNA는 생물에 있어서, 유전 정보의 계승, 발현을 담당하는 고분자 생체 물질이다. 이 끝 부분에는 텔로미어라는 특별한 특징이 존재하고 있으며, 이것은 DNA의 분해, 수리에서부터 염색체를 보호하는 역할을 담당하고 있다. 텔로미어의 길이는 나이를 거듭할수록 짧아지는 경향이 있지만, 라이프 스타일 또는 스트레스, 환경에 따라 텔로미어의 단축 속도가 달라진다고 한다.
NASA의 쌍둥이 연구를 통해 가장 놀라운 발견 중 하나가 스콧 씨가 우주에서 활동을 시작했을때부터 지상으로 귀환 후 며칠 동안 텔로미어의 길이가 극적으로 변화 한 것. 스콧 씨의 텔로미어는 오래되었다고하지만 지상으로 귀환 한 후 대부분의 텔로미어의 길이가 원점으로 되돌아온 것 같다.
◆ 면역 복합체
사람의 면역 체계 전체를 나타내는 면역 복합체에 관한 연구에서는, 백신 접종에 관한 조사를 실시했다. 스콧은 1년마다 3번의 독감 백신을 맞았다. 1번째는 지구에서, 2번째는 우주, 3번째는 지구에서 접종받았다고 한다. 이번 연구에 따르면, 스콧의 몸은 우주에 갔을 때에도 적절하게 백신에 반응하고 있었던 것으로 밝혀지고 있다. 즉, 우주에서의 장기 미션으로 백신 접종이 필요할 때, 면역 체계가 우주에서도 제대로 작동 할 가능성이 높은 것으로 밝혀지고 있다.
◆ 유전자 발현
ISS에서 약 1년간의 임무를 떠나기 전에, 스콧 씨의 유전자 샘플을 채취하는 것으로, 우주에 장기 체류함으로써 유전자 발현에 어떤 변화가 일어나는지 조사했다. 스콧 씨가 우주에 체류하는 동안, 유전자 발현은 특히 눈에 띄는 변화가 일어나고 있었다고 한다. 대조적으로, 지상의 마크 씨도 유전자 발현에 변화가 보였지만, 스콧의 변화와 같은 것은 관찰되지 않았던 모양. 그러나 스콧 씨가 경험 한 유전자 발현의 변화는 우주에서의 장기 체류에 의해 일어난 것일 가능성이 높다고하고, 대다수(약 91.3%)는 지구 귀환 후 정상 값까지 돌아왔다고 한다. 또한 스콧의 유전자는 DNA 손상도 확인되었으며, 이는 방사선 피폭에 의한 것으로 생각되고 있다.
◆ 인지 능력
스콧의 인지 능력은, 거의 변경되지 않았다. 이것은 우주 비행사가 장기 미션에서도 높은 수준의 인지 능력을 유지할 수 있음을 시사하고 있기 때문에, 매우 중요한 발견이 될 수 있다는 것. 그러나 지상으로 돌아간 6개월 후, 인지 능력의 속도와 정확도에 현저한 감소를 보였다는 것. 그러나 지상으로 돌아갔을 때의 변화는 지구의 중력에 익숙해 질 수 있도록 설정된 바쁜 스케줄에 의한 바가 클 것이라고 기록되어 있다.
◆ 생물학
스콧의 몸을 조사한 결과, 우주에 가있는 동안 체중은 7% 감소. 이것은 아마도 우주에서 임무 중에 운동량이 증가했고, 영양도 제대로 관리되고 있었기 때문인것으로 생각된다는. 그러나 우주 체류 중인 스콧의 칼로리 소비량은, 연구자의 당초 예상보다 약 30%나 적었다는 것이다. 체내에서의 뼈의 형성, 파괴 사이클이 우주 체류시 처음 6개월보다는 빠른 속도로 일어난 것. 그러나 스콧의 운동량이 감소 한 미션 후반 6개월은 뼈의 형성, 파괴 주기가 늦어졌다고 한다. 그 외에도 스콧의 혈액 및 소변 샘플의 화학적 성질은 미션 전에보다 비타민 B-9이 증가했다고 하는데, 이것은 우주 식품의 영향이라고 생각.
◆ 인간 마이크로 바이옴
인체에는 다양한 바이옴(생물 군계)이 존재하고 있으며, 다양한 인간 마이크로 바이옴은 인간의 건강과 관련된다. 스콧의 인간 마이크로 바이옴은, 우주 체류 전과 체류시에 크게 다른 것을 발견. 우주 특유의 환경 요인도 영향을 주고 있을 가능성이 있지만, ISS에 있는 동안 스콧 씨가 섭취 한 음식물(주로 동결 건조 식품)에 의한 가능성도 있다라는 것. 하지만 스콧이 지상에 돌아온 뒤 체내의 인간 마이크로 바이옴은 우주 체류하기 전의 상태로 돌아왔다고 한다. 스콧의 장내 세균이 정상치로 돌아왔다는 것이 큰 안정감을 주는 것으로 나타났다고 NASA는 기록하고 있다.
◆ 에피지놈
체내의 대부분의 생화학 반응에 영향을 미치는 DNA 메틸화가, 우주 공간에서의 체재에 얼마나 큰 영향을 미치는지를 조사한 결과, 스콧 씨의 체내에서 에피지놈적인 변화가 발견되었지만, 지상의 마크 씨보다 작은 변화만 관찰되었다고. 또한 스콧의 DNA 메틸화의 변화는 지상으로 돌아온 후에 기준치까지 돌아왔다고 한다. 이 변화는 마크 씨를 조사했을 때와는 분명히 달랐기 때문에 "우주 환경에서 가장 반응하는 유전자"를 식별하는데 도움이 될 것이라는.
이외에도 더 많은 연구 결과는...과학 저널 Science에 발표되어 있다.