ESA und NASA erforschen künstlichen Winterschlaf für Marsmissionen

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) und die NASA unterstützen Forschungsprojekte zur Entwicklung eines künstlichen Winterschlafs für Menschen, um die massiven gesundheitlichen und logistischen Herausforderungen bemannter Marsmissionen zu bewältigen. Ziel ist es, Astronauten in einen Zustand der sogenannten „synthetischen Torpor“ zu versetzen – einen Zustand reduzierter Stoffwechselaktivität, der es ermöglichen könnte, die Reise zum roten Planeten effizienter und sicherer zu gestalten.

Schutz vor Strahlung und körperlichem Verfall

Eine der größten Hürden für Langzeitmissionen ist die Weltraumstrahlung. Da die Atmosphäre der Erde im All fehlt, sind Reisende gefährlichen Ionen ausgesetzt, die Zelltod, Strahlenkrankheit oder Krebs verursachen können. Angelique Van Ombergen, Chefexploration-Wissenschaftlerin der ESA, bezeichnet die Strahlung als einen „großen Showstopper“ für bemannte Marsmissionen, da es bisher keinen effektiven Schutzschild gibt.

Untersuchungen an hibernierenden Tieren zeigen jedoch, dass ein verlangsamter Stoffwechsel vor Strahlenschäden schützen kann. Tiere reduzieren in diesem Zustand ihre metabolische Aktivität, verbrauchen weniger Sauerstoff und packen ihre DNA-Stränge enger, was sie widerstandsfähiger macht. Zudem verfügen sie über starke Mechanismen zur DNA-Reparatur.

Darüber hinaus könnte der künstliche Winterschlaf dem körperlichen Verfall durch Mikrogravitation entgegenwirken. Während Menschen bei monatelanger Bettruhe massiv an Muskelmasse und Knochendichte verlieren, zeigen Bären – die als ideales Vorbild für den menschlichen Winterschlaf gelten – nur marginale Verluste. Professor Alexander Choukér von der Ludwig-Maximilians-Universität München erklärt, dass der Winterschlaf die Atrophie von Muskeln und Knochen verhindert und vor Gewebeschäden schützt.

Logistische Vorteile und psychische Entlastung

Die Reduzierung des Stoffwechsels hätte drastische Auswirkungen auf die Missionsplanung. Laut Jennifer Ngo-Anh, ESA-Forschungs- und Payload-Koordinatorin, fallen pro Astronaut und Tag etwa 30 kg an Vorräten an. Würde die metabolische Rate auf 25 % des Normalzustands gesenkt, könnten die benötigten Mengen an Nahrung, Wasser und Sauerstoff sowie die Größe des Habitats und der Treibstoffbedarf erheblich reduziert werden. Dies könnte die Größe des Raumschiffs potenziell um ein Drittel verringern.

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Neben den physischen Vorteilen bietet die Torpor eine Lösung für psychische Belastungen. Das Leben über Monate oder Jahre in engen quarters kann zu Aggressionen, Einsamkeit und Langeweile führen. Ein Zustand der Bewusstlosigkeit würde diese sozialen Spannungen und die psychische Belastung minimieren.

Technische Umsetzung und erste Versuche

Da Menschen keine natürlichen Winterschläfer sind, experimentieren Wissenschaftler mit Medikamenten, Ultraschall und anderen Strategien. In einem NASA-unterstützten Versuch am Applied Physiology Lab der University of Pittsburgh testete Clifton Callaway die Wirkung des Sedativums Dexmedetomidine an fünf fitten Freiwilligen. Dabei wurde ein Zustand erreicht, den Callaway als „Dämmerzustand“ beschreibt:

• Körpertemperatur: Sank von 37 °C (98,6 °F) auf etwa 35 °C (95 °F).
• Stoffwechsel: Die metabolische Rate sank um 20 %.
• Funktionalität: Die Probanden waren schläfrig, konnten aber bei Bedarf noch aufstehen oder auf Notrufe reagieren.

Für die praktische Umsetzung schlagen Experten weiche Kapseln vor, die eine Temperatur unter 10 °C und eine hohe Luftfeuchtigkeit aufweisen. Um den Strahlenschutz zu erhöhen, sollen diese Kapseln von Wasserbehältern umgeben sein. Die Überwachung der Crew und die Steuerung des Raumschiffs während dieser Phasen würden durch Künstliche Intelligenz übernommen werden.

Potenzial für die Medizin auf der Erde

Die Forschung an der synthetischen Torpor ist nicht nur für die Raumfahrt relevant. Die Fähigkeit, den Stoffwechsel kontrolliert zu senken, könnte in der Notfallmedizin Leben retten. Da Organe bei niedrigen Temperaturen einen Sauerstoffmangel besser tolerieren, könnten Ärzte beispielsweise die Zeitspanne verlängern, die zur Behandlung von Schlaganfällen oder Herzinfarkten zur Verfügung steht.

Ein weiterer Forschungsansatz konzentriert sich auf das Gehirn. Elena Gracheva von der Yale University untersucht am Beispiel von gestreiften Erdhörchen, wie diese bis zu acht Monate ohne Wasser überleben. Sie identifizierte das subfornikale Organ (SFO) im Gehirn als Regulator für diesen Prozess – ein Bereich, der auch beim Menschen existiert.

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