우주에서 동면하게 될까요?

우주 비행사를 화성 또는 그 이상으로 데려가려면 몇 년이 걸립니다. 도중에 최대 절전 모드로 전환해야합니까? 놀라운 건강상의 이점이 있습니다.

는 2039년, 당신은 화성으로 가는 우주비행사입니다. 당신은 8개월의 여정에 겨우 3개월밖에 남지 않았으며 이미 당신의 몸은 우주로부터 방사능의 맹공격을 받고 있습니다. 무중력 상태에서는 뼈와 근육이 쇠약해질 위험이 있습니다.

당신은 걱정하지 않습니다, 당신은 당신 자신의 개인 정지 부스에 들어가려고 합니다. 안에 누에고치되어 목적지에서 상쾌하고 활력을 되찾을 때까지 몇 시간이고 며칠 동안 행복하게 잠을 잘 것입니다.

오랫동안 공상 과학 이야기의 비유로 일부 과학자들은 광활한 우주를 가로지르는 인간의 동면이 언젠가는 가능할 수 있다고 믿었 습니다.

그렇다면 우주 탐사에 큰 도움이 될 것입니다. 한 명의 우주 비행사는 하루에 약 30kg(66lbs)의 음식과 물을 소비합니다 . 여기에 화성을 왕복하는 데 걸리는 약 16개월을 곱하면 모든 생명 유지를 위한 꽤 무거운 우주선이 됩니다.

반면에 동면하는 우주 비행사는 많이 먹거나 마시지 않을 것이며 최소한의 산소를 소비할 것입니다. 따라서 최대 절전 모드는 임무 관제사에게 막대한 비용을 절약할 수 있으며 필요한 식량 화물의 양을 75%까지 줄이고 필요한 우주선의 크기를 최대 1/3까지 줄일 수 있습니다.

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고려해야 할 심리적 요인도 있습니다. 동면하는 우주 비행사는 지루하거나 스트레스를 받거나 외롭지 않을 것이며 건강을 유지하거나 즐겁게 지내는 데 필요한 시간과 공간이 줄어들 것입니다.

유럽 ​​우주국(Esa)의 고급 개념 책임자인 레오폴드 서머러는 "창밖으로 지구를 더 이상 가까운 행성으로 보지 않고 바깥은 어둡게만 보는 효과에 인간이 어떻게 반응할지 불확실하다"고 말했다. 새로운 우주 기술을 주시하는 팀. "이것이 유발할 수 있는 심리적 스트레스는 약간 알려지지 않았습니다."

최대 절전 모드에 대한 건강상의 이점도 있습니다. 중력이 없으면 우주 비행사는 근육 소모와 골밀도 손실을 경험합니다. 첨단 체육관 장비를 연중무휴로 이용할 수 있고 엄격한 운동 프로토콜을 따르는 국제 우주 정거장에서도 우주비행사는 근육량의 최대 20%를 잃습니다. 붉은 행성에 착륙한 후 기다리는 지원 승무원이 없기 때문에 근육 소모는 화성 임무에서 훨씬 더 문제가 될 것입니다.

최대 절전 모드는 이러한 위험 중 일부로부터 보호할 수 있습니다. 동면하는 동물은 혼침이라는 특수한 상태에 들어가 신진대사가 느려지고 심박수, 호흡, 체온이 떨어집니다. 동물의 몸을 구성하는 세포조차도 분열과 사멸을 멈춥니다. 수면과는 다른 혼침 상태는 동물이 식량이 부족할 때 에너지를 보존할 수 있게 해줍니다. 그러나 그것은 또한 우주 여행의 일부 유해한 영향으로부터 보호하는 것으로 보입니다. 예를 들어, 다람쥐는  동면하는 동안 높은 수준의 방사선에 대한 저항성을 나타냈는데 , 아마도 동면하는 세포는 훨씬 낮은 속도로 복제되기 때문에 자연적으로 방사선 손상에 덜 민감하기 때문일 것입니다.

곰은 또한 인간 동면의 좋은 모델입니다.
혼침과 같은 상태에 들어가는 것은 곰과 다람쥐가 뼈 구조 와 근긴장도를 보존하는 데 도움이 되는 것 같습니다. 한 번에 최대 6개월 동안 동면하지만 흑곰은 약간의 근육 손실만 가지고 봄에 나타나 20일 이내에 정상으로 돌아옵니다. 실제로 혼수 상태에서 깨어난 곰은 놀라울 정도로 높은 체력 수준을 보입니다. 

독일 프랑크푸르트에 있는 괴테 대학의 신경과학 및 세포생물학 교수인 Jüergen Bereiter-Hahn은 "몇 달 동안 침대에 누워 있으면 그 시간 동안 상당한 양의 근육 조직이 손실될 것"이라고 말합니다. Bereiter-Hahn은 화성 장거리 우주 비행을 위한 인간 동면 연구를 수행하는 Esa의 동면 연구 그룹의 일원입니다.

"오랜 기간 동안 사용하지 않는 동안 조직의 이러한 강력한 감소는 혼수 상태에서 거의 완전히 방지됩니다. 즉, 화성에 오는 우주 비행사는 양호한 상태여야 하며 회복하는 데 오랜 시간이 필요하지 않아야 합니다."

곰은 또한 체온을 몇 도만 낮추면서도 신진대사율을 상당히 낮추기 때문에 인간의 동면에 좋은 모델입니다. 동면하는 곰은 동면 중에도 비교적 정상적으로 기능할 수 있으며 일부 암컷은 이 시간 동안 깨어나 출산하는 것으로 알려져 있습니다.

그러나 이점은 충분합니다. 가능합니까? 글쎄요. 동면 동물은 곤충, 양서류 및 많은 포유류를 포함하여 생명 나무 전체에 분포합니다. 연구에 따르면 과학자들은 일반적으로 동면하지 않는 쥐와 같은 일부 동물에서 혼면 상태를 유도하기 위해 약물을 사용할 수 있습니다. 이 약물은 체온과 심장박동을 조절하는 데 관여하는 시상하부라는 뇌 영역에 작용합니다.

몸을 식히면 일종의 혼침과 같은 상태가 시작될 수 있습니다. 1990년대에 피츠버그 대학의 사파 소생 연구 센터 연구원들은 심정지 상태에 있는 개의 순환계를 급속히 식히면 애니메이션이 정지된 상태가 된다는 사실을 밝혔습니다.

누군가를 식히고 신진 대사를 낮추는 방법에는 여러 가지 접근 방식이 있습니다 – John Bradford
치료적 저체온법 으로 알려진 유사한 과정이 이미 일부 병원에서 심정지 또는 외상성 뇌 손상 환자를 치료하기 위해 사용되고 있습니다. 신체를 약 32-34C(89.6-93.2F)로 식히면 뇌 및 기타 중요한 장기의 손상이 감소하는 것으로 생각됩니다. 이것은 우리 몸의 세포가 신진대사 요구를 충족시키기 위해 지속적인 산소 공급을 필요로 하기 때문에 이치에 맞습니다. 정상적인 상황에서 심장은 이 산소를 우리 몸 주위로 펌프질합니다. 그러나 외상 환자의 경우 혈액 손실로 인해 세포에 산소가 고갈되어 빠르게 죽습니다. 몸을 몇 도 정도 식히면 신체의 에너지와 산소 요구량이 줄어들어 의사에게 중요한 시간을 벌 수 있습니다.

조지아 주 애틀랜타에 본사를 둔 항공우주공학자인 SpaceWorks Enterprises는 저체온 치료가 우주 여행자를 "합성 무기력" 상태로 만드는 좋은 방법이 될 수 있다고 믿고 있습니다. 이 회사는 NASA로부터 자금을 지원받아 우주비행사가 소형 포드에 배치되어 2주 동안 긴 동면 상태에 들어간 후 며칠 동안 활동한 다음 다시 정지 상태로 돌아가는 것을 볼 수 있습니다. . 이것은 교대식으로 수행될 수 있으므로 항상 깨어 있는 승무원이 있어 안전 문제나 발생할 수 있는 비상 사태를 처리할 수 있습니다.

SpaceWorks CEO인 John Bradford는 "누군가를 식히고 신진대사를 낮추는 방법에는 여러 가지 접근 방식이 있습니다.

"임상 환경에서 그들은 몸을 식히고 얼음 팩을 놓는 정맥 냉 식염수 주사를 사용하지만 너무 침습적이며 우주 비행에 그다지 실용적이지 않습니다."

한 가지 옵션은 비강 캐뉼라를 통해 우주 비행사에게 냉각 질소 가스를 공급하는 것입니다. 가스는 체온을 37.5C(99.5F)에서 약 32C(89.6F)로 낮추어 대사 활동을 약 50% 감소시킵니다.

"우리는 또한 주변 공기 냉각을 사용하여 서식지를 식힌 다음 가벼운 진정제를 사용하여 우주 비행사를 이완시키는 것과 같은 다른 기술을 검토하고 있습니다."라고 Bradford는 말합니다.

그런 다음 SpaceWorks 모듈의 로봇 팔은 우주 비행사의 팔다리를 움직이고, 신체 센서를 확인하고, 우주 비행사의 근육에 전기 자극을 주어 긴장을 유지하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 우주비행사들은 또한 필수 전해질, 포도당, 지질 및 비타민이 들어 있는 영양분 주머니를 받게 됩니다.

우리가 아는 한, 우리 종의 동면을 방해하는 호모 사피엔스만의 독특한 점은 없습니다 - Vladyslav Vyazovskiy
그러나 인간 동면의 꿈을 실현하려면 처음부터 몸과 뇌가 그 과정을 시작하는 방법에 대해 더 많이 이해하는 것이 중요합니다. 지금까지 연구의 대부분은 수면을 조절하는 시상 하부의 경로에 작용하는 아데노신이라는 신경 전달 물질에 초점을 맞추었습니다. 2011년 연구에 따르면   아데노신 수용체를 활성화시키는 약물을 투여한 북극 땅다람쥐는 겨울에 약물을 투여받은 한 자발적으로 무기력 상태에 빠졌습니다.

한편, 다른 연구에서는 자동 신체 과정을 제어하는 ​​데 도움이 되는 등줄(raphe pallidus)이라고 하는 뇌간의 일부가 관여할 수 있다고 제안합니다. 이탈리아 볼로냐 대학(University of Bologna)의 Matteo Cerri와 그의 동료들은 쥐와 돼지(일반적으로 동면하지 않음)가 이 영역을 억제함으로써 혼면과 같은 상태에 들어갈 수 있음을 발견했습니다.

Summerer는 음식의 화학 물질을 신체가 사용할 수 있는 에너지로 변환하는 모든 살아있는 세포에서 발견되는 구조인 미토콘드리아도 역할을 할 수 있다고 믿습니다. 그의 팀은 현재 동면 중인 시리아 햄스터의 세포에서 스트레스가 많은 환경에 대처하는 데 도움이 될 수 있는 특별한 적응이 있는지 알아보기 위해 실험을 수행하고 있습니다 .

스트레스가 많은 환경을 조성하기 위해 햄스터의 세포를 원심분리기에 넣고 고속으로 회전시킵니다. 이로 인해 세포는 지구 중력의 20배에 달하는 매우 강력한 중력을 받게 됩니다. 그런 다음 결과를 사람의 세포와 비교하여 차이가 있는지 확인합니다. 예비 결과는 증가된 중력이 인간과 햄스터 세포 모두에서 미토콘드리아를 손상시키지만 햄스터 세포는 어떻게든 손상된 미토콘드리아를 제거할 수 있는 반면 인간 세포는 그렇지 않다는 것을 보여줍니다. 그러나 이러한 차이가 통계적으로 얼마나 중요한지 계산하려면 더 많은 작업이 필요합니다.

어떤 경우이든 관련된 메커니즘을 알아내는 것은 인간에게 동면이 가능한지, 그리고 이러한 휴면 뇌 신호 경로를 유지하는지 여부를 아는 데 도움이 될 것입니다.

옥스포드 대학의 수면 생리학 교수인 블라디슬라프 뱌조프스키(Vladyslav Vyazovskiy)는 " 우리가 아는 한, 호모 사피엔스 에게는 우리 종의 동면을 막는 고유한 것이 없으며, 나는 그 능력이 있지만 잠금을 해제해야 한다고 믿는다"고 말했다. .

"나에게 진짜 질문은 우리가 동면할 수 있는지 여부가 아니라 어떻게… 시상 하부의 뉴런이 동면할 시간이라는 것을 어떻게 '인식'하는가? 누가 그들에게 말합니까? 이것이 진짜 질문입니다."