Weltraumreisen verändern das menschliche Gehirn

Unsere Körper sind auf ein Leben in irdischer Schwerkraft ausgelegt. Wenn die Gravitation plötzlich aus der komplexen Gleichung unserer Körperfunktionen verschwindet, gerät einiges durcheinander. Flüssigkeiten schweben in die falsche Richtung, die DNA verändert sich, kurz gesagt: Weltraumreisen sind selbst für den gesündesten menschlichen Körper eine Strapaze.

Eine aktuelle Studie von Kosmonauten, die bis vor Kurzem im Weltraum aktiv waren, schürt nun neue Bedenken, in deren Zentrum ein unverzichtbares Organ steht: das Gehirn. Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass Verformungen im Hirngewebe, die durch die Schwerelosigkeit entstehen, selbst sieben Monate nach der Rückkehr der Kosmonauten auf die Erde weiterhin bestehen können.

Die entsprechende Studie wurde im „New England Journal of Medicine“ veröffentlicht und dokumentiert die Auswirkungen von Weltraumreisen auf Kosmonauten, die jeweils etwa 189 Tage auf der ISS verbracht haben. Unter der Leitung von Forschern der Universität Antwerpen erzeugte das Team mit Hilfe von MRT-Scans Bilder der Gehirne von zehn männlichen Kosmonauten vor und nach jeder Mission. Bei sieben der Probanden wurden diese Scans sieben Monate später wiederholt.

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Vorherige Studien hatten bereits demonstriert, dass Weltraumflüge die Menge der Rückenmarksflüssigkeit im Kopf erhöhten. Diese klare Flüssigkeit fungiert bei Bewegungen oder Stößen als Polster für das Gehirn und hilft dabei, den richtigen Druck aufrechtzuerhalten.

„Wir sind dazu gemacht, auf der Erde unter Einwirkung der Schwerkraft zu stehen. Sobald diese Kraft wegfällt, bewegen sich alle Körperflüssigkeiten nach oben“, erklärte der Studienautor Peter zu Eulenberg von der Ludwig-Maximilians-Universität München. Die jüngste Studie deutet darauf hin, dass sich die überschüssige Rückenmarksflüssigkeit in der Grauen Substanz des Gehirns zu verdichten scheint – jener Bereich des Nervengewebes, der zahlreiche Nervenenden und Nervenzellkörper enthält. Obwohl sich das Gehirn nach sieben Monaten größtenteils von den Auswirkungen des Weltraumaufenthalts erholt hatte, schienen einige Effekte noch nachzuwirken.

Die Weiße Substanz, die hauptsächlich aus Nervenfasern besteht, schien zunächst unverändert. In den Monaten nach der Rückkehr der Kosmonauten schien ihr Volumen jedoch abzunehmen. Auch hier hatten die Forscher wieder die Rückenmarksflüssigkeit im Verdacht. Der erhöhte Druck durch die Flüssigkeit könnte einen Teil des Wassers, das sich für gewöhnlich frei im Gehirn befindet, in die Weiße Substanz gedrückt haben. Als die Kosmonauten zur Erde zurückkehrten, verringerte sich der Druck, das Wasser trat wieder aus und die Weiße Substanz schien zu schrumpfen.

Derzeit ist nicht bekannt, was diese körperlichen Veränderungen für die Wahrnehmung und die psychologische Gesundheit der Betroffenen bedeuten könnten oder ob sie überhaupt irgendwelche Auswirkungen haben. Die Studie liefert allerdings einen weiteren Beweis dafür, dass das Leben inmitten der Sterne langanhaltende Folgen für irdische Abenteurer haben kann. Es gibt noch eine Reihe anderer bekannter biologischer Veränderungen, auf die sich Menschen vorbereiten müssen, die in den Erdorbit und eines Tages vielleicht auch tiefer ins Weltall reisen werden.

Sehschwäche

Die Veränderungen rund um die Rückenmarksflüssigkeit können noch einen weiteren besorgniserregenden Effekt haben: eine verschwommene Sicht. Unter Astronauten, die auf die Erde zurückkehren, ist das ein verbreitetes Problem. Ursprünglich hatten die Wissenschaftler dafür Flüssigkeiten verantwortlich gemacht, die in der Schwerelosigkeit im Körper aufsteigen. Schätzungen der NASA zufolge wanderten während Scott Kellys 340 Tagen im Weltraum ungefähr zwei Liter an Flüssigkeit von seinen Beinen in seinen Kopf. Dieser Effekt sorgt bei Astronauten oft für ein etwas aufgedunsenes Gesicht. Die Forscher vermuteten, dass darin auch die Sehprobleme begründet lagen.

Im Jahr 2016 machten Wissenschaftler allerdings den wahren Übeltäter aus: Zusätzliche Rückenmarksflüssigkeit kann Druck auf die Hinterseite des Augapfels ausüben. Dadurch wird das kugelförmige Organ plattgedrückt und der Sehnerv schwillt an. Nach der Rückkehr zur Erde erlangen einige Astronauten ihre frühere Sehstärke wieder. Wie die jüngste Studie zeigt, normalisiert sich die Verteilung der Rückenmarksflüssigkeit aber nicht in jedem Fall.

DNA-Veränderungen

Anfang 2018 machten Schlagzeilen über die mutierte DNA von Scott Kelly die Runde. Auch der Astronaut selbst war davon überrascht: „Was? Meine DNA hat sich zu 7 % verändert! Wer hätt’s gedacht? Das habe ich gerade aus diesem Artikel erfahren“, twitterte Kelly. „Das könnten gute Neuigkeiten sein! Jetzt muss ich [Mark Kelly] nicht mehr als meinen eineiigen Zwillingsbruder bezeichnen.“

Auch wenn seine DNA nicht wirklich mutierte – und die Kellys weiterhin eineiige Zwillinge sind –, schien sich der Weltraumaufenthalt auf die Expression einiger von Scott Kellys Genen ausgewirkt zu haben.

Für sich allein genommen sind die Basenpaare in der DNA-Doppelhelix, aus denen Gene bestehen, fast nutzlos. Sie fungieren eher als Blaupausen für die zahlreichen Proteine, aus denen der Körper besteht. Um damit tatsächlich etwas bauen zu können, müssen bestimmte Gene aktiviert werden. Weltraumflüge scheinen diese Expression bei einigen Genen zu beeinflussen, besonders bei jenen, die für das Immunsystem, die DNA-Reparatur und das Knochenwachstum eine Rolle spielen. Veränderungen von bis zu sieben Prozent dieser Gene waren noch sechs Monate nach Kellys Rückkehr auf die Erde feststellbar, wie einer Studie der NASA zu entnehmen ist.

Muskel- und Knochenschwund

Die Schwerkraft der Erde sorgt dafür, dass der Körper ununterbrochen arbeitet – selbst, wenn man gerade nur auf dem Sofa liegt und fernsieht. Im Weltraum ist das nicht mehr der Fall. Das bedeutet, dass sich die Muskeln zurückbilden und die Knochen schwächer werden und einfacher brechen können. Pro Monat können Astronauten etwa zwei Prozent ihrer Knochenmasse verlieren, wobei der größte Rückgang im Kreuz und in den Beinen zu verzeichnen ist. Dadurch steigt der Kalziumgehalt im Blut, was das Risiko für Nierensteine erhöht.

Wissenschaftler sind sich dieses Problems seit geraumer Zeit bewusst, weshalb die Bewohner der ISS während ihres Weltraumaufenthalts ein strenges Trainingsprogramm durchlaufen, um dem Muskel- und Knochenschwund entgegenzuwirken. Auch eine abgestimmte Ernährung mit Nahrungsmitteln, die besonders viel Kalzium und Vitamin D enthalten, kann das Risiko senken.

Trotzdem halten sich die Trainingsmöglichkeiten im Weltraum in Grenzen und nach der Rückkehr auf die Erde ist eine Eingewöhnungsphase unvermeidbar. „Es ist schon eine bizarre Erfahrung, einfach nur meinen Kopf hochzuhalten“, erzählte der Astronaut Chris Hadfield „CBC News“ nach seinem ISS-Aufenthalt im Jahr 2013. „Mein Hals musste meinen Kopf fünf Monate lang nicht mehr tragen.“

Putzmunteres Weltraumsperma

Trotz der vielen negativen Konsequenzen eines Lebens im Weltraum gibt es eine Sache, über die sich künftige Weltraumreisende wohl keine Sorgen machen müssen: die Qualität ihres Spermas. Eine Studie aus dem Jahr 2017 zeigte, dass gefriergetrocknetes Mäusesperma nach neun Monaten im Orbit immer noch genutzt werden konnte, um einen gesunden Wurf an Mäusebabys zu produzieren.

Natürlich könnte Sex im Weltraum nach wie vor ein Problem darstellen. Der Mangel an Schwerkraft würde in diesem Fall gegen uns arbeiten. Die Mäusestudie lässt allerdings vermuten, dass Methoden zur künstlichen Befruchtung künftigen Weltraumreisenden zu Nachwuchs verhelfen könnten.

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.