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Astronomie+Physik

Marsreisen: Ein Schlag in den Bauch droht

Der Mars ist ein schwieriges Reiseziel für die bemannte Raumfahrt. (Illustration: dottedhippo)

Es ist das spannende neue Ziel der bemannten Raumfahrt – doch wie nun erneut eine Studie belegt, bergen Reisen zum Mars ein großes Gesundheitsrisiko für die Astronauten: Die kosmische Strahlung bedroht das empfindliche Magen-Darm-Gewebe, geht aus Tierversuchen hervor. Eine Marsreise könnte demnach nicht nur auf den Magen schlagen, sondern auch Krebs im Verdauungstrakt verursachen. Es müssen dringend bessere Schutzmaßnahmen entwickelt werden, sagen die Forscher.

Bisher sind wir zum Mond gekommen. Doch klar ist, dass eine Reise zum nächst weiteren Himmelskörper mit deutlich gesteigerten Herausforderungen verbunden sein wird. Viele haben mit der enormen Dauer der Reise zu tun – so auch das Problem der kosmischen Strahlung. Es handelt sich dabei um die hochenergetische Teilchenstrahlung, die durch das All strömt. Sie besteht vorwiegend aus Protonen, aber auch aus Elektronen und vollständig ionisierten Atomen. Wegen ihrer großen Masse gelten dabei die sogenannten Schwerionen der Elemente Eisen und Silizium als besonders gefährlich für das Leben. Glücklicherweise schützt uns das Erdmagnetfeld vor dem zerstörerischen Bombardement aus dem All. Ein Raumfahrzeug ist dieser Strahlung hingegen voll ausgesetzt.

„Mit der derzeitigen Abschirmtechnologie ist es schwierig, Astronauten vor den negativen Auswirkungen von Schwerionenstrahlung zu schützen“, sagt Co-Autor Kamal Datta vom NASA Specialized Center of Research am Georgetown University Medical Center. „Vergleichsweise kurze Reisen, wie zum Mond, können nicht so viel Schaden anrichten, aber die Dauerbelastung bei monatelangen Reisen zum Mars oder bei anderen Deep-Space-Missionen stellen ein erhebliches Gesundheitsrisiko dar“, sagt Datta. Eine frühere Studie hat dies bereits aufgezeigt: Tierversuche legten nahe, dass eine Dauerbelastung durch kosmische Strahlung Nervengewebe schädigt, wodurch die geistige Gesundheit von Astronauten leiden könnte – es droht ihnen ein „Weltraum-Hirn“. Die aktuelle Studie belegt nun, dass ihnen die Weltraum-Reise zudem einen „Weltraum-Bauch“ verpassen könnte.

Darmgewebe im Fokus

Konkret richteten die Forscher ihre Aufmerksamkeit auf das feine Gewebe, das unseren Magen-Darm-Trakt auskleidet. Dort finden kontinuierlich Zellteilungen statt: Die oberste Schicht wird alle drei bis fünf Tage durch das Einwandern neuer Zellen aus dem Untergrund ersetzt. „Jede Störung dieses Ersatzmechanismus führt zu Fehlfunktionen bei physiologischen Prozessen wie der Nährstoffaufnahme und kann pathologische Entwicklungen wie Krebs auslösen“, erklärt Co-Autor Albert Fornace.

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Um den Effekt von schweren Ionen auf den Magen-Darm-Trakt zu untersuchen, nutzten die Wissenschaftler den Dünndarm von Mäusen als Modellsystem. Die Nager wurden im Rahmen der Studie einem Eisenstrahl ausgesetzt. Dosis und Dauer der experimentellen Behandlung entsprach dabei einer möglichen Belastung durch eine lange Weltraumreise. Anschließend wurden die Effekte auf den Darm der Tiere untersucht. Die Forscher verglichen die Untersuchungsergebnisse der Versuchstiere dabei mit denen von Mäusen, die Gammastrahlen ausgesetzt wurden, sowie mit von nicht-exponierten Kontrolltieren.

Betroffen: Darm, Gehirn und mehr?

Wie sie berichten, zeichnete sich bei der Schwerionengruppe eine deutliche Schädigung der empfindlichen Magen-Darm-Gewebe ab. Sie führte zu Beeinträchtigungen der Aufnahmefähigkeit von Nährstoffen und zu einem Krebsrisiko. Konkret gab es Hinweise darauf, dass die Eisen-Bestrahlung DNA-Schäden hervorgerufen hat, die die Anzahl alternder Zellen erhöhten. Diese sogenannten seneszenten Zellen sind nicht in der Lage, sich normal zu teilen, aber sie sind dennoch nicht „ruhig“, sagt Datta: „Sie erzeugen oxidativen Stress und entzündungsfördernde Moleküle, die Schaden anrichten können. Letztlich wurde die Einwanderung der Zellen stark beeinträchtigt, die nötig ist, damit sich die Darmschleimhaut erneuern kann“. Die Untersuchungen dokumentierten zudem, dass die Folgen der Schädigung auch nach Absetzen der experimentellen Bestrahlung noch lange anhielten, berichten die Forscher.

Ihnen zufolge zeichnet sich damit nun immer deutlicher ab, dass die kosmische Strahlung die Raumfahrt vor enorme Herausforderungen stellt. „Wir haben nun die Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf ein lebenswichtiges Organsystem dokumentiert, aber wir glauben, dass ähnliche Schädigungen in vielen Organen auftreten können“, sagt Datta. „Es ist wichtig, diese Auswirkungen im Voraus zu verstehen, damit wir alles tun können, um künftige Weltraumreisende zu schützen“, so der Forscher. Konkret bedeutet dies, dass an besseren Abschirmtechnologien gearbeitet werden muss, aber auch Behandlungsmaßnahmen könnten hilfreich sein, sagen die Wissenschaftler: „Es sind durchaus Medikamente denkbar, die den Schaden eindämmen könnten – doch bisher wurde noch kein solcher Wirkstoff entwickelt“, sagt Datta.

Quelle: Georgetown University Medical Center, PNAS: doi: 10.1073/pnas.1807522115

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