السبات بين الكواكب.. اختصار الزمان والمكان في رحلات الفضاء

في غرفة مغلقة من جميع جوانبها، تجلس منكفئا على نفسك، ولو أنك رفعت يدك عاليا للمست سقفها المنخفض، وحولك جدران صماء قد طوقت مجال رؤيتك وعدد خطواتك، لكنك محظوظ بعض الشيء، فثمة نافذة صغيرة في أحد الجدران، لا تطل على شيء سوى ظلام دامس سرمدي.

في مثل هذه العزلة القاسية، يصبح الطعام المعلب المجفف سبيل نجاتك، وقليل من تمارين الاستطالة ورفع الأثقال الخفيفة طريقك لحفظ عضلاتك من الضمور. أما أنشطتك الأخرى، فتقتصر على القراءة ومشاهدة البرامج على الشاشة، التي يجب عليك الاقتصاد في استخدامها، كي لا تستهلك كثيرا من الطاقة المتوفرة المحدودة.

أنت الآن تبعد عن منزلك والحياة المألوفة نحو 30 مليون كيلومتر في طريقك نحو الكوكب الأحمر، وفي هذا المشهد غير المألوف، تصبح أشد الناس عزلة ووحدة في التاريخ.

ولو أردت التواصل مع المحيط الخارجي، فالأمر مضجر بعض الشيء، فالرسالة -وفق المسافة المذكورة- تستغرق نحو 100 ثانية لتبلغ الطرف الآخر، والعكس كذلك. وبطبيعة الحال، كلما ابتعدت عن الأرض طال زمن الإرسال، وفي أبعد مسافة بين كوكبي الأرض والمريخ قد تستغرق الرسالة الواحدة 22 دقيقة.

ولكسر هذه العزلة الاجتماعية، قررت وكالة الفضاء أن يرافقك رائد فضاء آخر، لكن التجربة بينت لاحقا أن لذلك أثرا عكسيا، فالتوتر النفسي الذي ينشأ بين الناس في البيئات المغلقة المعزولة قد تكون أشد وطأة من العزلة نفسها، كما تثبت دراسات أجريت على رواد الفضاء والباحثين في المحطات القطبية.1

كانت تجربة “مارس-500” من أطول تجارب العزل البشري وأشهرها في التاريخ، وكانت تهدف لمحاكاة رحلة بشرية كاملة إلى كوكب المريخ، لمعرفة تأثير العزلة الطويلة في الفضاء نفسيا وجسديا واجتماعيا، وقد عاش فيها 6 متطوعين في مساحة مغلقة بنحو 550 مترا مربعا طيلة 500 يوم، في ظروف مشابهة للرحلة الفضائية، من حيث محدودية الطعام وآلية التواصل مع الأرض.

أظهرت النتائج أن الضغط النفسي والعزلة كانا سببا في انخفاض المزاج والهمة بعد الأشهر الأولى، ولوحظت كذلك ظاهرة “الشتاء القطبي”، فحدث تراجع كبير في النشاط والانضباط في منتصف التجربة، يشبه ما يحدث للباحثين في المحطات القطبية. كما أن بعض الأفراد أظهروا تباينا كبيرا في أنماط النوم، واضطرابا في الساعة البيولوجية. ومن الناحية الجسدية، لاحظ الباحثون تغيرات في الهرمونات المرتبطة بالتوتر.2

ناهيك عن غياب الجاذبية، وندرة المشاهد الطبيعية، وقلة التنوع الحسي، ومدى تأثير ذلك على الحالة المزاجية والتوازن النفسي. فجميع هذه العوامل حساسة ينبغي أن تؤخذ بعين الاعتبار، فالسفر في الفضاء العميق لا يقوم على الجاهزية التقنية والكفاءة الفنية بالمركبة الفضائية، بل يمتد إلى الأبعاد النفسية والمعنوية، التي تمثل جزءا حاسما في نجاح أي مهمة.

تفكير خارج الصندوق

في الحديث عن رحلات الفضاء البعيدة، يقف كوكب المريخ على قمة أولويات العقد القادم، وتطمح مؤسسات وشركات كبرى إلى الانضمام إلى هذا السباق، الذي يتطلب تكاتفا وجهدا جماعيا هائلا. ولعلها من المرات القليلة التي تستوجب النظر أبعد من البديهيات، والتفكير خارج الصندوق بحثا عن حلول غير مألوفة.

ولو التفتنا حولنا، لرأينا كيف تنتهج بعض الحيوانات نمطا مغايرا، للتأقلم مع مجريات الحياة والتنقل بين الفصول، سعيا لتجاوز الأوقات العصيبة وشح مصادر الغذاء. ومن أبرز تلك الوسائل السبات الشتوي، الذي تمارسه أنواع عدة من الكائنات الحية، من الثدييات الكبيرة إلى القوارض الصغيرة، وبعض البرمائيات والزواحف.

وترى مؤسسات فضائية مرموقة أن هذا النهج قد يكون حلا فعالا لرحلات الفضاء الطويلة، لأسباب تقنية متعددة، وهي أشبه بجعل الإنسان آلة قابلة للإخماد مدة محددة، ثم إعادة تشغيله عند الحاجة، إما بعقاقير مثبطة، أو بأنظمة آلية خارجية، تبقي الوظائف الحيوية في حدودها الدنيا.

السبات في عالم الحيوان

يعد السبات الشتوي حالة من الانخفاض الشديد في النشاط الحيوي، تشمل معدل التنفس، وضربات القلب، ودرجة الحرارة، وتقلص عمليات الأيض في الجسم، مما يساعد بعض الحيوانات على توفير الطاقة والبقاء حية في مدة البرد الشديد وندرة الغذاء.

ومن حولنا نماذج كثيرة تستخدم هذه الحيلة بطريقة مذهلة، لا تزال تثير حيرة علماء الأحياء، فمنها السناجب الأرضية، التي تنخفض درجة حرارتها إلى ما يقارب التجمد، والقنافذ كذلك.

أما الضفادع، فبحكم قدرتها الفائقة على التكيف مع بيئات شتى، فإنها تدفن نفسها تحت الطين، أو في قاع برك متجمدة لتعيش مدة طويلة هناك نائمة. وكذا حال الأفاعي والسلاحف البرية، التي تختبئ في جحورها أو تحت الصخور حتى عودة الدفء.

وفي عالم الثدييات، يخفض حيوان الراكون نشاطه كثيرا في الشتاء، لكنه لا يدخل في سبات كامل. ولعل الدببة أكثر الحيوانات إثارة، فبعضها يدخل في سبات يمتد 5 أشهر، ويعيش بعضها الآخر “الخمول الشتوي”، فيقتصر نشاطه على الحد الأدنى من الحركة، يقوم للأكل وقضاء الحاجة ثم يعود للنوم.

يعد النوم في المقام الأول تغيرا في الحالة العقلية، أما السبات فينطوي على تغيرات جسدية جذرية. ويعد إيقاظ حيوان أثناء السبات خطيرا، وقد يكون قاتلا، بسبب الحاجة الشديدة المفاجئة للطاقة اللازمة لتدفئة جسمه.

وتختلف العوامل المحفزة للسبات بين الحيوانات، فبعضها يعتمد على انخفاض درجة الحرارة الجو باقتراب موسم الشتاء، وبعضها الآخر يعتمد على تقييم مستوى مخزون الغذاء الباقي، وتحفز هذه العوامل الجسم على الدخول في السبات حتى حلول مدة الصيد التالية.

وتعتمد بعض الحيوانات على “التقويم البيولوجي” وحده، وهو نظام يشبه الساعة البيولوجية، ولا تزال آلية عمله الدقيقة غير مفهومة، لكنه يتبع لإدارة النشاط الحيوي على مدار العام، حتى عند البشر.

ووفقا للمراقبة المكثفة، يعد الجهاز الصمّاوي أو جهاز الغدد الصماء المسؤول الأول عن تنشيط عملية السبات الشتوي لدى الحيوانات، إذ تغير الغدد في الجسم كميات الهرمونات المفرَزة وتتحكم في جميع الجوانب الفسيولوجية للسبات تقريبا. ومن أهم هذه المكونات:3

• الغدة الدرقية، وهي التي تتحكم في عملية الأيض ومستويات النشاط.
• الميلاتونين، وهو هرمون يساعد على تنظيم الدورات الموسمية في الحيوانات، ومنها نمو الفراء الشتوي الأكثر سماكة، استعدادا للبرد.
• الغدة النخامية، وهي تتحكم في تراكم الدهون، ومعدل ضربات القلب والتنفس، وكذلك الوظائف الأيضية.
• الأنسولين، وهو ينظم كمية الغلوكوز (السكر) التي يحتاجها الجسم.

من الحيوان إلى الإنسان

لطالما كان السبات أمرا مثيرا لدى العلماء والأطباء على حدّ سواء، فقد أجريت عدة أبحاث على مستوى العالم، فوجد باحثون بجامعة كاليفورنيا -بعد دراسة جينات المرموط ذي البطن الأصفر- أن “الشيخوخة فوق الجينية” تتوقف في الأشهر السبعة أو الثمانية التي يقضيها الحيوان في السبات السنوي، وهذه الشيخوخة هي تغيرات كيميائية، تصيب الحمض النووي، فتؤثر على نشاط الجينات، وتعد مقياسا للعمر البيولوجي بما يسمى الساعة فوق الجينية.4

كما درس علماء الأحياء بجامعة “ألاسكا فيربانكس” سناجب قطبية قادرة على خفض درجة حرارة جسمها إلى ما دون التجمد أثناء السبات، وتقليل معدل ضربات قلبها إلى 5 نبضات فقط في الدقيقة، لتبقى على حية مدة 8 أشهر في درجات حرارة تحت الصفر. والعجيب أن دمها لا يتجمد.5

وقد أجرى مختبر علم وظائف الأعضاء التطبيقي بجامعة “بيتسبرغ” تجربة رائدة، بتكليف مباشر من وكالة “ناسا”، فأعطى أحد المتطوعين مهدئا يثبط استجابة الجسم الطبيعية للارتعاش، فانخفضت درجة حرارته من 37 إلى 35 درجة مئوية، ورافق ذلك انخفاض في معدل ضربات القلب وضغط الدم، وتراجع في معدل الأيض بنسبة تقارب 20%، بما في ذلك الحاجة إلى الطعام والأكسجين.

كان هذا المتطوع أحد خمسة تتراوح أعمارهم بين 21-54 عاما، خاضوا تجربة تحاكي ظروف الفضاء. وبدون استخدام جهاز تنفس صناعي أو أدوية داعمة أخرى، نجحت جرعات دقيقة من عقار “ديكسميديتوميدين” (Dexmedetomidine) في إحداث هذا التأثير الجسدي العميق.

“ديكسميديتوميدين” دواء مهدئ ومخدر جزئي، يستخدم أساسا في وحدات العناية المركزة والمستشفيات، للتحكم بالقلق، وتسهيل إدخال أنبوب التنفس إلى القصبة الهوائية، والحفاظ على استقرار المرضى الحيوي أثناء العمليات والعلاج.

والمثير في الأمر أن المتطوعين -مع تباطؤ وظائفهم الحيوية الملحوظ- كانوا قادرين على النهوض لقضاء حاجتهم، ورن الجرس عند شعورهم بالجوع أو العطش، مما يعني احتفاظهم بالقدرة على الاستجابة في الحد الأدنى، والقدرة على التفاعل في حال حدوث طارئ.

تعد هذه الدراسة التطبيقية النادرة من القلائل التي تتناول تخفيض حرارة جسم الإنسان في ظروف شبيهة بالسبات عند الحيوانات، في محاولة لتحويل هذه الظاهرة الطبيعية إلى تطبيق عملي.

ولا يقتصر هدف هذه الأبحاث على تمكين رواد الفضاء من تحمل الرحلات الطويلة، بل يمتد إلى إمكانية إنقاذ كثير من الأرواح على الأرض، فعند انخفاض درجة الحرارة، كما في سبات الحيوانات، يتحمل الجسم نقص الأكسجين وتراجع تدفق الدم تحملا أفضل وأطول.

وتظهر الأبحاث أن محاكاة درجة حرارة الدببة المنخفضة أثناء السبات الشتوي قد تخفف حدة “إصابات إعادة التروية”، وهي أضرار خطيرة تحدث بعد السكتة القلبية، عند عودة تدفق الدم إلى الأنسجة المقطوع عنها الأكسجين، مسببة التهابات حادة وإجهادا تأكسديا وموتا للخلايا. وقد يساعد ذلك على إطالة الزمن المتاح للأطباء، للتدخل في حالات السكتات الدماغية والقلبية.6

السبات الصناعي.. محاولة اختصار الزمان والمكان

ليس السبات في الفضاء فكرة طارئة في أعمال الخيال العلمي، فطالما ارتبطت هذه الحالة بمشاهد السفر بين النجوم، حين تغيب المحركات فائقة السرعة عن المركبة، فيكون السبات الفضائي الحل البديل الأمثل لاجتياز المسافات الشاسعة.

وقد ظهرت هذه الفكرة في أعمال سينمائية عدة، أبرزها فيلم “2001: ملحمة الفضاء” (2001: A Space Odyssey)، فمكث أبطاله من طاقم الرحلة في كبسولات صغيرة، يتجاوزون بها الوقت والمسافات في آن واحد. وكذلك في الفيلم الشهير “بين النجوم” (Interstellar)، وفيلم “باسنجرز” (Passengers)، الذي بنيت حبكته أساسا على هذه الفكرة، فدخل أبطاله في سبات عميق، امتد 120 عاما في رحلة بحث عن مستعمرة بشرية بعيدة.

ولعل هذه الأعمال كانت مصدر إلهام متنام لوكالتي الفضاء الأوروبية “إيسا” والأمريكية “ناسا”، فقد بدأتا دراسة إمكانية تحقيق السبات البشري على أرض الواقع، لما له من فوائد علمية وهندسية ونفسية جمة، منها تيسير إدارة الطاقم نفسيا ومعنويا، وكذلك تخفيض الحمولات، لتقليص وزن المركبة والطاقة اللازمة لتوجيهها ودفعها في الفضاء.

تذكر تقارير وكالة الفضاء الأوروبية أن إدخال رواد الفضاء في سبات قد يقلص حجم المركبة الفضائية بنحو الثلث، فخفض مستوى أيضهم بنسبة تبلغ 25% يقلل الحاجة إلى المؤن والمساحة المخصصة لها، فتصبح المهام الفضائية طويلة المدى أكثر إمكانية وفعالية.7

وإذا ما طبق هذا المفهوم على رحلات الفضاء، فسوف يمضي الطاقم زمنا طويلا في راحة تامة داخل كبسولات فردية صغيرة، يمكن أن تستخدم لاحقا غرف معيشة عند الاستيقاظ، وبدء العمل في المهام الفضائية.

ونظرا إلى أن هذا الأمر سوف يطبق في نقاط بعيدة عن الأرض، حيث يكون الوعي البشري غائبا، سيعمل العلماء على تصميم هذه البعثات لأن تكون ذاتية التشغيل إلى حد كبير، فتتولى أنظمة الذكاء الاصطناعي المراقبة والاستجابة للأعطال والحفاظ على أداء المركبة الأدنى في حال الطوارئ، إلى أن يعاد تنشيط الطاقم.

وعلى أرض الواقع، نفذت وكالة “ناسا” تجربة حديثة في مختبر فضائي عائم بمحطة الفضاء الدولية، ضمن مشروع “ستاش”، وقد أجريت على حيوان القداد (الهامستر)، وهو من الثدييات القادرة طبيعيا على الدخول في حالة سبات شتوي.

كان هدف التجربة فهم كيفية تأثر جسم الكائن الحي عند دخوله في السبات في بيئة الجاذبية الصُغرية، وكيفية محافظته على وظائفه الحيوية، برغم انخفاض النشاط الأيضي.8

نتائج مثل هذه التجارب مهمة للغاية في تقييم إمكانية تطبيق السبات على رواد الفضاء في بيئة قد تسبب ضمورا في عظام الجسم، وفتورا في وظائف الأعضاء الحيوية. ومن يدري حينها، فقد يكلفك الوصول إلى كوكب مثل المريخ كبسولة صغيرة، وبضعة أشهر تمر عليك كأنها ليلة واحدة فحسب.

المصادر:

[1] جي. إم. سندل (2001). ورقة بحثية: القضايا النفسية والاجتماعية في الفضاء: التحديات المستقبلية. الاسترداد من: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11865868/

[2] وانغ، يو، وآخرون (2014). ورقة بحثية: تأثيرات 520 يوما من العزلة على المحفزات العاطفية والتغيير المرحلي في مستويات المزاج والهرمونات في البلازما. الاسترداد من: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24695321/

[3] جرابيانوفسكي، إد (2024). كيف يحدث السبات. الاسترداد من: https://animals.howstuffworks.com/animal-facts/hibernation.htm#:~:text=Key%20Takeaways,periods%20when%20food%20is%20scarce

[4] بينو، جابريلا، وآخرون (2022). ورقة بحثية: يؤدي السبات إلى إبطاء الشيخوخة الجينية في المرموط ذو البطن الصفراء. الاسترداد من: https://www.nature.com/articles/s41559-022-01679-1

[5] بارنز، براين (1989). ورقة بحثية: تجنب التجمد في الثدييات: درجات حرارة الجسم أقل من صفر درجة مئوية في سبات القطب الشمالي. الاسترداد من: https://www.science.org/doi/10.1126/science.2740905

[6] كالاواي، كليفتون، وآخرون (2015). ورقة بحثية: عقار ديكسميديتوميدين يقلل من الرعشة أثناء انخفاض حرارة الجسم الخفيف لدى الأشخاص المستيقظين. الاسترداد من: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26237219/

[7] محررو الموقع (2023). السبات. نحن نبحث. أنت تستفيد. الاسترداد من: https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Videos/2022/12/Hibernation._We_research._You_benefit

[8] هول، لورا (2024). نهج ثوري للسفر الفضائي بين الكواكب: دراسة السبات لدى الحيوانات من أجل صحة البشر في الفضاء (ستاش). الاسترداد من: https://www.nasa.gov/general/studying-torpor-in-animals-for-space-health-in-humans/