Wie viel Schwerkraft braucht der Körper, damit Muskeln über lange Zeit leistungsfähig bleiben? Ein internationales Team von NASA und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA hat dafür 24 Mäuse auf die ISS geschickt. Damit konnten sie erstmals recht präzise eingrenzen, ab welchem Schwerkraftniveau Muskeln merklich nachlassen. Die Resultate könnten künftige Missionen zum Mars und zum Mond spürbar beeinflussen.
Warum Muskeln im All so schnell schwächer werden
Auf der Erde sind unsere Muskeln praktisch dauernd gegen die Erdanziehung im Einsatz – beim Stehen, Gehen oder Treppenlaufen. In der Umlaufbahn fällt diese stetige Belastung fast komplett weg. Astronautinnen und Astronauten berichten bereits nach wenigen Tagen in der Schwerelosigkeit von nachlassender Kraft; nach längeren Aufenthalten müssen viele auf der Erde teilweise wieder laufen „lernen“.
Genau diese Lücke adressiert die neue Studie in der Fachzeitschrift Science Advances. Die Forschenden gingen der Frage nach, ob es eine Art minimale Schwerkraft gibt, die Muskeln brauchen, um langfristig gesund zu bleiben.
Kernaussage der Studie: Unterhalb einer gewissen Schwerkraft können Muskeln zwar weiter arbeiten, verlieren aber deutlich an Leistung – und zwar lange bevor sie sichtbar kleiner werden.
Vier Schwerkraft-Stufen – und 24 Mäuse als Testpiloten
Für den Versuch wurden 24 Mäuse zur Internationalen Raumstation ISS gebracht. Dort lebten sie in speziellen Modulen, in denen sich künstliche Schwerkraft einstellen liess. Die Tiere wurden auf vier Bedingungen verteilt:
- Mikrogravitation (nahezu Schwerelosigkeit, wie auf der ISS)
- 0,33 g (ungefähr ein Drittel der Erdanziehung)
- 0,67 g (rund zwei Drittel der Erdanziehung)
- 1 g (Erdschwerkraft als Kontrolle)
Im Zentrum stand vor allem der Musculus soleus: ein tiefer Wadenmuskel, der fürs Stehen und Gehen zentral ist und besonders empfindlich auf Veränderungen der Schwerkraft reagiert.
Überraschung: Gleiche Muskelgrösse, weniger Kraft
Die Auswertungen zeigten ein eindeutiges Muster:
| Schwerkraft-Bedingung | Muskelgrösse | Muskelkraft (Griffstärke) |
|---|---|---|
| 1 g (Erde) | normal | normal |
| 0,67 g | nahezu unverändert | nahezu wie auf der Erde |
| 0,33 g | kaum verändert | deutlich schwächer |
| Mikrogravitation | klar beeinträchtigt | stark reduziert |
Bemerkenswert ist insbesondere der Befund bei 0,33 g: Die Muskelmasse blieb grösstenteils stabil, die Griffstärke der Mäuse nahm jedoch klar ab. Das spricht dafür, dass sich die Funktion bereits auf zellulärer Ebene verschiebt, bevor eine Veränderung am Muskelumfang sichtbar wird.
Die Studie deutet auf einen kritischen Schwellenwert hin: Bei ungefähr unter zwei Dritteln Erdschwerkraft beginnt ein relevanter Funktionsverlust der Muskulatur.
Was das für den Menschen im All bedeutet
Auch wenn hier Mäuse untersucht wurden, ist das Ergebnis ein deutlicher Hinweis für die bemannte Raumfahrt. Denn auch Astronautinnen und Astronauten sind auf belastbare Beinmuskeln angewiesen – nicht nur für die Rückkehr zur Erde, sondern ebenso für Arbeiten auf anderen Himmelskörpern.
Expertinnen und Experten weisen zugleich darauf hin, dass sich Effekte nicht 1:1 übertragen lassen: Die Muskelarchitektur beim Menschen ist komplexer, und das Training an Bord unterscheidet sich stark vom Alltag einer Maus im Versuchskäfig. Dennoch zeichnet sich ab, dass reine Umgebungsschwerkraft unterhalb eines bestimmten Niveaus für langfristig gesunde Muskeln nicht genügt.
Mehr als nur Muskeln betroffen
Die Forschenden betonen ausserdem, dass Muskulatur nur ein Teil des Gesamtbilds ist. Längere Phasen mit verringerter Schwerkraft wirken sich auch auf weitere Systeme aus:
- Knochen – Abnahme der Knochendichte, höheres Risiko für Brüche
- Organe – veränderte Durchblutung und Stoffwechselabläufe
- Herz-Kreislauf-System – Anpassungen beim Blutdruck, Kreislaufprobleme bei der Rückkehr
- Stoffwechsel – Verschiebungen in der Zucker- und Fettverwertung
Die Arbeit liefert bereits Hinweise auf metabolische Veränderungen bei den Mäusen, die sich je nach Schwerkraftstufe mitverschoben. Für die Medizin ist das wertvoll, weil es zeigt, wie sensibel der Körper auf die „Stellschraube“ Schwerkraft reagiert.
Der Blick nach vorn: Leben und Arbeiten auf dem Mars
Spätestens mit Blick auf künftige Marsmissionen wird die Studie besonders relevant. Auf dem Roten Planeten beträgt die Schwerkraft etwa 38 Prozent der Erdanziehung – und liegt damit deutlich unter 0,67 g, bei denen die Mäuse ihre normale Muskelkraft weitgehend halten konnten.
Die zentrale Botschaft lautet: Die Marsgravitation allein dürfte bei längeren Aufenthalten voraussichtlich nicht ausreichen, um Muskelfunktion dauerhaft stabil zu halten. Wer mehrere Monate oder gar Jahre auf der Marsoberfläche lebt, muss ohne Gegenmassnahmen mit einem klaren Kraftverlust rechnen.
Mars-Kolonien werden voraussichtlich nicht ohne konsequentes Training, technische Hilfen oder künstliche Schwerkraft auskommen.
Gleichzeitig ordnen die Forschenden die Risiken auch ein: Weil die Schwerkraft auf dem Mars geringer ist, benötigt ein Mensch im Alltag tatsächlich weniger Kraft für Bewegungen. Türen lassen sich leichter öffnen, Werkzeuge fühlen sich „leichter“ an, und schwere Lasten kann man einfacher anheben. Das kann einen Teil des Kraftverlusts abfedern – jedoch nicht vollständig.
Welche Gegenstrategien die Raumfahrt jetzt braucht
Die Daten befeuern die Debatte, wie Mars- und Mondmissionen künftig konzipiert werden sollten. Diskutiert werden unter anderem diese Optionen:
- Strenges Trainingsprogramm
Tägliches Kraft- und Ausdauertraining ist auf der ISS bereits Pflicht. Für Marsmissionen müssten solche Programme noch stärker auf Bein- und Haltemuskulatur zugeschnitten werden. - Künstliche Schwerkraft
Rotierende Raumstationen oder Habitat-Module könnten über Zentrifugalkraft eine einstellbare „Pseudo-Schwerkraft“ erzeugen. - Medizinische Unterstützung
Wirkstoffe gegen Muskelschwund oder spezifische Ernährungsstrategien könnten die Folgen reduzierter Schwerkraft abschwächen. - Intelligente Missionsplanung
Denkbar wären kürzere Aufenthalte, zusätzliche Pausen in Umgebungen mit höherer Schwerkraft oder regelmässige Rückkehr in Orbit-Module mit künstlicher Gravitation.
Keine dieser Lösungen ist sofort einsatzbereit; viele bringen technische oder ethische Fragen mit sich. Die Messwerte aus dem Mäuse-Experiment liefern der Planung jedoch eine konkrete Orientierungsgrösse: Wer Langzeitmissionen entwirft, sollte den Schwellenbereich von ungefähr zwei Dritteln der Erdanziehung berücksichtigen.
Was Laien aus dem Experiment mitnehmen können
Das Thema ist nicht nur für Raumfahrt-Fans interessant. Die Resultate spiegeln grundlegende Körperprinzipien: Muskeln brauchen mechanische Belastung. Wenn sie zu wenig gefordert werden, sinkt zunächst die Kraft und später die Masse. Ein ähnliches Muster sieht man auf der Erde etwa bei längerer Bettruhe, nach Verletzungen oder bei stark inaktiven Menschen.
Wer viel sitzt oder aus gesundheitlichen Gründen wenig Bewegung hat, kann sich am Raumfahrt-Alltag orientieren: gezieltes Krafttraining, kleine Belastungen im Tagesablauf (Treppen statt Lift, regelmässig aufstehen) und eine eiweissreiche Ernährung unterstützen den Muskelerhalt. Gerade bei älteren Menschen oder in der Rehabilitation lassen sich aus Weltraumstudien deshalb oft überraschend alltagstaugliche Trainingsideen ableiten.
Der Begriff Mikrogravitation meint in diesem Zusammenhang keine absolute Schwerelosigkeit, sondern extrem geringe Gravitationskräfte, wie sie in einer Erdumlaufbahn auftreten. Der Körper reagiert darauf in vielen Bereichen ähnlich wie auf völligen Bewegungsmangel. Darum fliessen Erkenntnisse von ISS-Experimenten zunehmend in Orthopädie, Sportmedizin und Geriatrie ein.
Nach dem Mäuseflug zur ISS bleibt vor allem eines hängen: Schwerkraft ist nicht nur ein abstraktes physikalisches Konzept, sondern eine Art „unsichtbares Trainingsgerät“, das den Körper permanent mitformt. Wird sie reduziert – im All oder im Alltag auf dem Sofa – verändern sich Muskeln schneller, als viele erwarten.
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