Кормление астронавтов во время длительной миссии на Марс выходит далеко за рамки обеспечения их достаточным количеством питательных веществ и калорий, чтобы выжить в многолетнем путешествии. Обеспечение астронавтов правильной диетой также имеет первостепенное значение для поддержания их психического и когнитивного здоровья, в отличие от предыдущих миссий. Поэтому нам необходимо радикально переосмыслить то, как мы кормим астронавтов не только во время сложной миссии на Марс, которая может состояться в конце 2030-х или начале 2040-х годов, но и для подготовки к возможному заселению Красной планеты. Это включает в себя признание роли микробов в психическом здоровье и благополучии, а также обеспечение астронавтов правильной пищей и условиями для роста множества этих полезных микробов. Наше исследование направлено именно на это. Вот почему здоровый баланс микробов важен в таких сложных условиях и как мы можем включить микробы в меню.
Миссии в дальний космос подвергнут людей огромным физическим и психологическим испытаниям. К ним относятся длительная изоляция от близких, крайняя ограниченность пространства и ресурсов, а также трудности микрогравитации. Нарушение циркадных ритмов космонавтов, длительное радиационное воздействие и изменения в питании также могут снизить их когнитивные способности и благополучие. Опасные условия в сочетании с психологическими потерями от потенциальных сбоев космического корабля могут способствовать проблемам психического здоровья. Мы уже знаем, что качество питания людей влияет не только на их физическое здоровье, но также на их психическое здоровье и здоровье мозга. Качество диеты постоянно и независимо связано с риском депрессии или тревоги. Клинические испытания показывают, что улучшение качества диеты может привести к значительному уменьшению симптомов депрессии и тревоги.
Диета также влияет на размер и функцию определенной области мозга — гиппокампа, который имеет решающее значение для обучения и памяти, а также для поддержания психического здоровья. Когда даже молодые здоровые взрослые едят «нездоровую» пищу, аспекты познания, связанные с гиппокампом, быстро ухудшаются. С другой стороны, исследования показывают, что диета, содержащая больше и разнообразнее растительных продуктов и морепродуктов (которые богаты компонентами, называемыми длинноцепочечными жирными кислотами омега-3 и флавоноидами), приводит к улучшению когнитивных функций. Это исследование проводилось в закрытой камере в течение 45 дней, призванной имитировать условия в космосе. Диета может иметь такие последствия, если изменить:
- иммунная функция
- размер и функционирование гиппокампа
- системы химических посланников (нейромедиаторов)
- как наш организм реагирует на стресс.
Диета также может влиять на то, как микробы в кишечнике влияют на мозг. Эта связь известна как ось микробиота кишечника-мозг. Космические продукты должны нравиться разнообразному экипажу и оставаться питательными в течение очень долгого времени (вероятно, миссия продлится от трех до пяти лет). Они также должны быть достаточно легкими и компактными, чтобы поместиться на космическом корабле. Оказавшись на Марсе, перед вами стоит задача выращивать свежие продукты и выращивать источники белка. Помимо обеспечения питательными веществами, нам также необходимо рассмотреть возможность предоставления недавно выявленных факторов, включая фитонутриенты (такие как полифенолы), продукты ферментации и микробы. Вероятно, это будет иметь решающее значение для поддержания здоровья и, более того, жизни во время полетов в дальний космос.
Если вы видели фильм «Марсианин», вы знаете, что микробы являются важнейшим аспектом выращивания продуктов питания и необходимы для поддержания жизни и функционирования людей. Мы эволюционировали вместе с триллионами различных микробов, которые живут на нашей коже, во всех наших нишах и полостях, и являемся их хозяевами. Сюда входят рот, нос, влагалище, легкие и, что особенно важно, кишечник. Большинство этих микробов являются бактериями. Наибольшее их количество находится в кишечнике, где они влияют на наше пищеварение, обмен веществ, а также на иммунную, эндокринную (гормональную) и нервную системы. Взаимосвязь между кишечными микробами, психическим здоровьем и поведением двусторонняя. Кишечные микробы влияют на наше психическое здоровье и поведение, а они, в свою очередь, влияют на наши кишечные микробы. Другие компоненты нашего микробиома — вирусы, грибы и даже паразиты — а также микробиом полости рта и легких также связаны с психическим здоровьем и здоровьем мозга. Важно отметить, что мы делимся микробами с другими, в том числе посредством обмена воздухом, что весьма актуально в системах с закрытой средой, таких как внутри космических кораблей. Поэтому жизненно важно обеспечить всех астронавтов самыми здоровыми и разнообразными микробами на протяжении всей миссии.
Мы должны думать не только о самой еде. Нам также нужно подумать о том, как мы выращиваем продукты питания, если мы хотим поддерживать здоровый микробиом. Действительно, микробы играют важную роль в питательном и фитохимическом составе растений, а микробы в почве, растениях и людях взаимосвязаны. Исследования, опубликованные в 2023 году, подтверждают, что бактерии из овощей и других растительных продуктов находят дом в кишечнике человека, увеличивая микробное разнообразие. Но современные способы выращивания продуктов питания на космических кораблях не используют естественную почву. Стандартные методы «вертикального земледелия» выращивают растения в альтернативной питательной среде — представьте себе систему гидропоники следующего поколения. Поэтому нам, возможно, придется добавить в эти системы оптимизированный микробный коктейль, чтобы улучшить полезные свойства продуктов, которые выращивают и едят астронавты.
Ферментированный белок из микробов можно быстро производить в биореакторе на борту космического корабля даже из пищевых отходов. Некоторые виды имеют мясной вкус и текстуру и могут содержать все необходимые человеку аминокислоты, а также полезные побочные продукты самих микробов. Сама ферментация создает тысячи различных биологически активных молекул, включая некоторые витамины, которые оказывают разнообразное благотворное влияние на здоровье, в том числе возможную пользу для психического здоровья. Хотя мы еще не знаем, какие виды ферментированных продуктов возможны в космосе, мы могли бы включить ферментированные продукты, такие как кимчи и квашеная капуста, в рацион космонавтов на Земле. Пробиотики и пребиотики в качестве добавок также могут быть необходимы. Пробиотики — это живые микробы, доказавшие свою пользу для здоровья, а пребиотики — это пища для этих здоровых микробов. Мы только начинаем изучать, как оптимизировать микробы для поддержания здоровья космических экипажей, что имеет решающее значение для длительных космических полетов и для возможного заселения других планет. Однако это исследование может иметь множество других применений. Мы можем использовать то, чему мы научились, чтобы помочь создать самодостаточные и устойчивые продовольственные системы на Земле для улучшения окружающей среды и здоровья человека.
