Ludzkość z pewnością stanie się gatunkiem podróżującym w kosmos, rozszerzającym się poza granice Matki Ziemi, tak jak miliony lat temu rozprzestrzeniła się ze swojej kolebki w Afryce.
Tak przynajmniej twierdzą liderzy eksploracji kosmosu, tacy jak najbogatszy człowiek świata Elona Muska chciałbym, żebyś uwierzył. Mogą jednak istnieć przeszkody biologiczne, które na zawsze ograniczą tę wizję do sfery science fiction i cywilizacji ludzkiej do naszej ziemskiej gleby. Nowe badanie wykazało, że plemniki gatunków ssaków, w tym ludzi, myszy i świń, w warunkach mikrograwitacji mają trudności z przedostaniem się przez układ rozrodczy samicy, aby dotrzeć do komórki jajowej i ją zapłodnić. Badanie wykazało, że nawet gdy plemnik dotrze na miejsce przeznaczenia, zarodki powstałe w takich warunkach rozwijają się słabo w porównaniu z tymi, które rozwijają się w normalnych warunkach. powaga.
Kontynuacja artykułu poniżej
Było kilka wcześniejszych badań, których nagłówki głosiły mysie dzieci narodziły się z komórek macierzystych poddanych wielomiesięcznym lotom kosmicznym, ale większość wcześniejszych badań, prowadzonych albo w kosmosie, albo w symulatorach mikrograwitacji na Ziemiaujawniło mnóstwo negatywnych skutków, jakie środowisko kosmiczne wywiera na komórki rozrodcze i embriony.
„Kiedy pomyślimy o przyszłości eksploracji kosmosu i osadnictwa kosmicznego, to się dzieje. To się dzieje teraz” – powiedziała Space.com Nicole McPherson, biolog reprodukcji na Uniwersytecie w Adelajdzie w Australii i główna autorka artykułu. „Myślę, że ludzie zapominają, że aby utrzymać te osady bez konieczności ich ciągłej kolonizacji z Ziemi, musimy mieć możliwość rozmnażania się w kosmosie”.
McPherson, którego wcześniejsze prace dotyczyły wpływu otyłości i diety na powodzenie poczęcia, zaintrygowała kwestia możliwości reprodukcji w kosmosie po obejrzeniu filmu dokumentalnego prowadzonego przez brytyjskiego fizyka Briana Coxa. Po rozmowie z partnerem zrodził się pomysł na wyjątkowy eksperyment badawczy.
Przypadkowe spotkanie z założycielką firmy zajmującej się medycyną kosmiczną Firefly Biotech tydzień później pozwoliło jej nabyć klinostat 3D do swojego laboratorium. Urządzenie to jest zaawansowaną technologicznie wirówką, która symuluje mikrograwitację poprzez obracanie fiolek z próbkami wokół dwóch osi, skutecznie dezorientując komórki wewnątrz co do ich położenia w przestrzeni. W swoim eksperymencie McPherson i współpracownicy stworzyli układ, w którym w jednej części przedziału znajdowały się plemniki człowieka, myszy i świni, a w drugiej komórki jajowe, rozdzielone cienkim kanałem symulującym układ rozrodczy kobiety. Naukowcy zaobserwowali, że do komórki jajowej przedostało się o 30% mniej plemników w porównaniu z plemnikami o normalnej grawitacji.
Naukowcy wiedzą, że plemnik potrzebuje złożonego zestawu sygnałów, aby przedostać się do komórki jajowej. Część tej nawigacji opiera się na sygnałach chemicznych, takich jak stężenie żeńskiego hormonu progesteronu, ale grawitacja wydaje się również odgrywać znaczącą rolę, powiedział McPherson.
„Wiemy, że plemniki reagują na sygnały chemiczne, ale wiemy też, że lubią pływać w pobliżu powierzchni” – powiedziała. „Oczywiście, aby wiedzieć, gdzie znajdują się powierzchnie, musisz zrozumieć swoje położenie w czasie, a do tego potrzebna jest grawitacja”.
Walka plemników o przedostanie się do komórki jajowej to tylko jedna część ustaleń. Kiedy plemniki zdołały dotrzeć do komórek jajowych, powstałe zarodki we wczesnym stadium, zwane blastocystami, początkowo wydawały się silniejsze niż ich odpowiedniki poczęte pod wpływem grawitacji. Jednakże w miarę utrzymywania się ekspozycji na mikrograwitację jakość blastocyst poczętych w wyniku mikrograwitacji uległa pogorszeniu, a zarodki zaczęły pozostawać w tyle za swoimi normalnymi odpowiednikami.
McPherson uważa, że początkowy wzrost jakości zaobserwowany w embrionach powstałych już po czterech godzinach ekspozycji na mikrograwitację był wynikiem zachodzącego procesu selekcji naturalnej, w wyniku którego do komórek jajowych docierały jedynie najlepiej przystosowane plemniki. Późniejsze pogorszenie stanu zarodków, które znajdowały się w mikrograwitacji przez maksymalnie 24 godziny, było prawdopodobnie spowodowane negatywnym wpływem braku grawitacji na procesy zachodzące w szybko dzielących się komórkach embrionalnych.
„W ciągu pierwszych 24 godzin rozwoju zarodka zachodzi wiele zmian” – powiedziała McPherson. „Mamy DNA matki i ojca, które łączą się ze sobą. Następuje wiele epigenetycznych przebudów, które wpływają na wczesny rozwój płodu. A wystawienie na działanie nieważkości jest naprawdę szkodliwe”.
McPherson powiedział, że badacze będą w przyszłości chcieli przeprowadzić podobne eksperymenty przy zmniejszonej grawitacji, np. na Księżycu lub Marsie, aby sprawdzić, czy częściowa grawitacja może złagodzić problem. Uważa, że odkrycia mają wpływ nie tylko na wizje osiedli kosmicznych, ale także na komercyjną turystykę kosmiczną i dzieci potencjalnie poczęte podczas księżycowych i orbitalnych miesięcy miodowych. Z drugiej strony dobór naturalny prowadzący do powstania silniejszych embrionów po krótkich ekspozycjach na mikrograwitację może prowadzić do postępu w technologiach zapłodnienia in vitro u ludzi, które pomagają w leczeniu niepłodności na Ziemi.
W przyszłości badacze chcieliby poddawać zarodki działaniu dłuższych okresów mikrograwitacji, aby uzyskać głębszy wgląd w procesy zachodzące w warunkach kosmicznych.
Badanie opublikowano w czasopiśmie Communications Biology w czwartek (26 marca).
