หากจินตนาการถึงห้วงอวกาศที่ไร้แรงดึงดูดโน้มถ่วง การที่นักบินอวกาศต้องใช้ชีวิตอยู่ในสภาวะเช่นนั้น รวมไปถึงการอยู่ในสถานีอวกาศที่มีความเร็วในการโคจรอยู่ที่ราว 27,360 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ร่างกายของพวกเขาเหล่านั้นจะได้รับผลกระทบ หรือมีความเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้าง

ในปี ค.ศ. 2012 องค์การนาซ่าได้เริ่มภารกิจพิเศษขึ้น ภายใต้โครงการ “Twins Study” หรือการศึกษาฝาแฝดที่มีคุณสมบัติเหมาะสม เงื่อนไขคือการคัดเลือกนักบินอวกาศที่มีฝาแฝดอายุเท่ากัน (เพื่อให้ได้โครงสร้างทางพันธุกรรมเดียวกัน) เติบโตและได้รับการเลี้ยงดูแบบเดียวกัน (เพื่อให้เติบโตมาในสภาพแวดล้อมเดียวกัน) จนในที่สุดก็ได้พบกับผู้ที่มีคุณสมบัติครบถ้วนทุกประการ

สำหรับการทดลอง นาซ่าจะส่งนักบินซึ่งเป็นฝาแฝดคนหนึ่งให้ปฏิบัติภารกิจอยู่บนสถานีอวกาศเป็นเวลา 1 ปี ส่วนฝาแฝดอีกคนจะยังคงใช้ชีวิตตามปกติอยู่บนโลก โดยตลอด 1 ปีของภารกิจ จะมีการเก็บตัวอย่างของเลือด อุจจาระ และปัสสาวะของฝาแฝดทั้งคู่มากกว่า 300 ตัวอย่าง

การทดลองในครั้งนี้ นาซ่าได้แบ่งทีมวิจัยออกเป็นหลาย ๆ ทีม ทำการศึกษาในหัวข้อที่แตกต่างกัน เช่น การสังเกตทางด้านสรีรวิทยาและพฤติกรรม รวมไปถึงการเปลี่ยนแปลงในระดับโมเลกุล ที่สำคัญยังเป็นครั้งแรกที่มีการศึกษาเกี่ยวกับโอมิกส์ (OMICs-base) ในนักบินอวกาศอีกด้วย

คำว่า "โอมิกส์" เป็นภาษาละติน หมายถึง องค์ประกอบโดยรวม หากนำมาใช้กับทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการศึกษาสิ่งมีขีวิต จะหมายถึงการศึกษาสิ่งมีชีวิตแบบองค์รวม ตั้งแต่ระดับสารพันธุกรรม (DNA) ไปจนถึงกระบวนการคัดลอกรหัสพันธุกรรม (RNA) การแปรรหัสพันธุกรรมออกมาเป็นโปรตีน และท้ายที่สุด คือการศึกษาลึกลงไปจนถึงระดับสารขีวเคมี สารชีวโมเลกุล และสารเมตาบอไลต์ (Metabolite) ต่าง ๆ ที่เกิดในสิ่งมีชีวิต

สาเหตุที่ต้องมีการศึกษาเชิงลึกเช่นนี้ เพื่อต้องการเข้าใจการเปลี่ยนแปลงความยาวของ “เทโลเมียร์” (Telomere คือ DNA ส่วนที่อยู่ส่วนปลายสุดของโครโมโซมทั้ง 32 คู่ มีหน้าที่ปกป้อง DNA ไม่ให้ถูกทำลาย ซึ่งมีความสำคัญต่อการรักษาความเสถียรของโครโมโซมและจีโนม)

นอกจากนี้ ยังมีทีมที่ทำการศึกษาเกี่ยวกับการสะสมของแบคทีเรียและเชื้อราที่อาศัยอยู่บนร่างกาย การตรวจสอบการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันต่อวัคซีนไข้หวัดใหญ่ ทีมที่ทำการค้นคว้าเกี่ยวกับหลอดเลือดและการไหลเวียนของของไหลในร่างกายนักบินอวกาศ ทั้งนี้เนื่องจากในสภาวะไร้น้ำหนัก อาจส่งผลกระทบต่อการมองเห็นหรือเกิดอาการปวดศีรษะได้ โดยที่ข้อมูลทั้งหมด จะได้รับการประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์ซึ่งออกแบบมาเพื่อการนี้โดยเฉพาะ

หนึ่งในคำถามที่พบมากที่สุดหลังจากภารกิจนี้สิ้นสุดลงก็คือ ฝาแฝดคนที่โคจรอยู่ในสถานีอวกาศ จะมีอายุน้อยกว่าคนที่ใช้ชีวิตอยู่บนโลกหรือไม่ เพราะตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ นาฬิกาที่เคลื่อนที่จะเดินช้ากว่านาฬิกาที่อยู่บนโลก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเร็วการเคลื่อนที่ของสถานีอวกาศมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับความเร็วแสง (ความเร็วในการเคลื่อนที่ของสถานีอวกาศ มีค่าคิดเป็น 0.0025% ของความเร็วแสง) ดังนั้น ความแตกต่างของอายุฝาแฝดทั้งสอง จึงอยู่ในระดับไม่กี่มิลลิวินาทีเท่านั้น

แต่สิ่งที่สร้างความแปลกใจอย่างมากให้นักวิทยาศาสตร์ คือ ความยาวเทโลเมียร์ของที่เปลี่ยนแปลงไปของนักบินอวกาศ กล่าวคือ โดยปกติ เทโลเมียร์จะสั้นลงตามธรรมชาติ เมื่อเราอายุมากขึ้น อัตราที่เทโลเมียร์สั้นลงเมื่อเวลาผ่านไป อาจได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายอย่าง ได้แก่ ความเครียด การเจ็บป่วย โภชนาการ การออกกำลังกาย ความเครียดทางจิตใจ และการสัมผัสสิ่งแวดล้อม เช่น มลพิษทางอากาศ รังสีต่าง ๆ ดังนั้น ความยาวของ telomere จึงสะท้อนถึงพันธุกรรมประสบการณ์และความเสี่ยงของแต่ละบุคคลและเป็นตัวชี้วัดที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับสุขภาพทั่วไปและความชรา

สำหรับนักบินอวกาศที่ต้องออกไปใช้ชีวิตท่ามกลางสภาะไร้แรงดึงดูดโน้มถ่วง ความรู้สึกโดดเดี่ยว ประสบการณ์ที่ไม่เหมือนใครในห้วงอวกาศ รวมไปถึงรังสีคอสมิกในห้วงอวกาศ อาจสร้างความเครียดให้กับนักบิน และส่งผลให้ความยาวเทโลเมียร์สั้นลง แต่ผลการศึกษากลับตรงกันข้าม เพราะความยาวเทโลเมียร์มีค่ามากขึ้นในทุกช่วงเวลาที่เก็บตัวอย่างทดสอบ ในขณะที่ความยาวเทโลเมียร์ของแฝดนั้นมีค่าค่อนข้างคงที่ ซึ่งถือเป็นเรื่องปกติ

ยิ่งไปกว่านั้น หลังจากจบภารกิจและกลับมาสู่โลก ความยาวเทโลเมียร์ของนักบินกลับสั้นลงอย่างรวดเร็ว และมีค่าคงที่ในอีกหลายเดือนต่อมา จนใกล้เคียงกับค่าเฉลี่ยก่อนเริ่มภารกิจ แต่นั่นหมายความว่า นักบินอวกาศมีความเสี่ยงที่จะเกิดการเจ็บป่วยได้มากกว่าปกตินั่นเอง

ภารกิจต่อไปของนักวิทยาศาสตร์คือการศึกษาว่า
เพราะเหตุใด การใช้ชีวิตในห้วงอวกาศจึงส่งผลต่อสุขภาพของนักบินเช่นนั้น