Je leest:

De menselijke grens

De menselijke grens

Waarom de mens de aarde nooit zal verlaten

Auteur: | 22 december 2010

Onze dromen over lange, verre ruimtereizen en kolonisatie van andere manen en planeten houden geen rekening met onze biologische beperkingen. Bioloog Theunis Piersma stelt dat we simpelweg niet geschikt zijn om ooit de aarde achter ons te laten.

Stephen hawking
NASA

Voordat theoretisch natuurkundige Stephen Hawking in 2007 voor het eerst gewichtloosheid zou gaan ervaren sprak hij de media toe op een persconferentie. Hij zei dat hij hoopte dat zijn vlucht het grote publiek zou inspireren om na te denken over het verkennen van de ruimte. Volgens hem is dat nodig omdat het risico dat we onze eigen planeet onleefbaar maken steeds verder toeneemt. Als we hier niet kunnen blijven moeten we ergens anders heen – en we moeten opschieten, want wie weet wat er over tweehonderd jaar van de aarde is geworden?

Voor Hawking was het ongetwijfeld een opsteker toen de Amerikaanse president Obama in april 2010 aankondigde dat hij vóór 2030 mensen op Mars wil brengen. Maar Hawking, Obama en andere voorstanders van lange ruimtereizen zien iets over het hoofd. Een Marsreiziger zou al snel een paar jaar in de ruimte door moeten brengen, maar mensen zijn biologisch zo sterk verbonden met de aarde dat ze dat niet zouden overleven.

Gebonden door zwaartekracht

Om goed te kunnen functioneren hebben we zwaartekracht nodig. Als die er niet is vraagt de omgeving veel minder inspanning van het menselijk lichaam. Dat is te zien bij astronauten die terugkeren naar aarde. Herinnert u zich de aanblik van de verzwakte Apollo-astronauten bij hun terugkeer van de maan? Dat is niets vergeleken bij wat een Marsreiziger zou moeten doorstaan.

Eén van de eerste veranderingen die het menselijk lichaam ondergaat bij langdurige gewichtloosheid is een afname van de hartspier. Na een week in een baan om de aarde is die spier al met een kwart kleiner geworden. Die afname, of atrofie, zorgt voor een verlaagde bloeddruk en een kleiner bloedvolume dat door het hart wordt rondgepompt. Dat betekent dat een astronaut al snel niet meer in staat is om grote inspanningen te leveren.

De astronauten van Apollo 11 verdwenen na hun terugkeer direct in een afgesloten ruimte om medisch onderzocht te worden. Ze raakten tijdens hun maanreis zeer verzwakt.

Astronauten die terug naar aarde komen na een lang verblijf op het internationale ruimtestation ISS hebben vaak last van duizeligheid en black outs, simpelweg omdat hun hart niet genoeg bloed naar hun hersenen pompt. Zes weken in bed leidt ongeveer tot evenveel hartatrofie als een week in de ruimte. Het is dus niet alleen de gewichtloosheid die zijn tol eist: ook de verminderde inspanning die de astronauten hoeven te leveren maakt de hartspier lui.

Luie benen

Iss
ESA, vrijgegeven in het publieke domein

Ook andere spieren hebben te lijden onder buitenaardse omstandigheden. De effecten van gewichtloosheid op de benen zijn eenvoudig na te bootsen. Normaal gesproken dragen je benen je lichaamsgewicht. Bij gebrek aan zwaartekracht worden ze niet meer belast. Zowel in de ruimte als bij experimenten op aarde waarbij proefpersonen hun benen niet belasten is een snelle afname van het spiervolume te zien.

Op het ISS trainen astronauten zich suf om hun spieren in conditie te houden. Toch raken de bemanningsleden van het ruimtestation tijdens een verblijf van zes maanden zo’n dertien procent van hun kuitspieren kwijt. De kracht die ze met hun benen kunnen leveren wordt in die tijd zelfs 32 procent kleiner.

Spieratrofie is niet het enige probleem waar ruimtereizigers mee te maken krijgen. Zo treden er veranderingen op in hun metabolisme, het wordt bijvoorbeeld lastiger voor het lichaam om vet te verbranden. Het resultaat daarvan is dat vet zich op gaat hopen op de plaats van de verloren spieren. Ook het immuunsysteem krijgt een flinke klap van de vreemde omstandigheden in de ruimte.

Broze botten

Misschien wel het grootste risico van een langdurig verblijf in de ruimte is botafbraak. Hoewel botten sterk en hard zijn en gefossiliseerd zelfs tienduizenden jaren bewaard kunnen blijven, zijn ze gemaakt van levend en verrassend flexibel weefsel. Aan het einde van de negentiende eeuw ontdekte de Duitse anatoom Julius Wolff dat botten zich aanpassen aan de hoeveelheid gewicht die ze moeten dragen. Verminderde belasting leidt tot afname van de hoeveelheid botmateriaal, terwijl botten juist dikker worden van een grotere last.

Small

Het is daarom niet verrassend dat de sterkte van botten afneemt in gewichtloze omstandigheden. Vooral botten die normaal zwaar belast worden raken veel van hun volume en kracht kwijt. Astronauten die een half jaar in de ruimte doorbrachten raakten meer dan een kwart van het gewicht van hun scheenbenen kwijt, ondanks het zware trainingsprogramma dat ze tijdens hun reis volgden. Experimenten op kippenembryo’s in het ISS hebben weliswaar laten zien dat botten nog wel groeien zonder zwaartekracht, maar de snelheid waarmee nieuw botmateriaal bijgroeit valt in het niet vergeleken met de afname door verminderde belasting.

Hoewel de afbraak van de botten van ruimtereizigers vergelijkbaar is met de spiermassa die verloren gaat, is het botverlies veel gevaarlijker. Ten eerste lijkt de afbraak niet af te nemen als functie van de tijd, maar verliezen astronauten iedere maand één tot twee procent van hun botmassa. Tijdens een drie jaar durende Marsreis zouden astronauten dus wel de helft van hun botmateriaal kunnen verliezen, waardoor een terugkeer naar het zwaartekrachtveld van de aarde bijzonder zwaar zou worden.

Ten tweede groeien botten heel langzaam terug. Een half jaar na hun terugkeer op aarde was er bij ISS-astronauten duidelijk herstel van hun botten te zien, maar zelfs na een jaar waren hun botten nog niet terug op hun oorspronkelijke kracht. Hun kuitspieren waren in die tijd allang volledig hersteld.

Aardse omstandigheden

Om botafbraak tijdens een Marsreis binnen de perken te houden zullen ruimtevaartorganisaties creatieve oplossingen moeten bedenken. Er bestaan ontwerpen voor ruimteschepen met kunstmatige zwaartekracht, maar niemand weet hoeveel zwaartekracht je nodig hebt om de problemen te voorkomen. Zwaartekracht is voor de mens een onneembare barrière op de weg naar Mars. Vooralsnog is het waarschijnlijker dat een dier zonder botten, zoals een kwal, een meerjaarse ruimtereis veilig overleeft.

De onmogelijkheid van een bestaan in de ruimte is slechts één van de vele voorbeelden van hoe sterk onze lichamen verbonden zijn met de omgeving waarin wij leven. Met al onze futuristische ambities kunnen we het ons niet veroorloven om te vergeten dat we als met een navelstreng verbonden zijn met de aarde.

Boek theunis piersma
NIOZ

Theunis Piersma is professor in dierkundige ecologie aan Rijksuniversiteit Groningen en senior-onderzoeker bij het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee. Samen met dr. Jan van Gils publiceerde hij het boek The Flexible Phenotype: A body-centred integration of ecology, physiology, and behaviour, waar dit artikel door geïnspireerd werd. Dit artikel verscheen eerder in New Scientist en werd met toestemming van de auteur vertaald voor Kennislink door Lydwin van Rooyen.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 22 december 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.