S predloženim misijama na Mars i planovima uspostavljanja ispostave na Mjesecu u narednim desetljećima, postavlja se nekoliko pitanja o tome kakav bi učinak vrijeme provedeno u svemiru ili na drugim planetima moglo imati na ljudsko tijelo. Izvan uobičajenog niza pitanja koja se tiču djelovanja zračenja i nižih g na naše mišiće, kosti i organe, postavlja se i pitanje kako putovanje u svemir može utjecati na našu sposobnost reprodukcije.
Početkom tjedna - u ponedjeljak, 22. svibnja - tim japanskih istraživača objavio je nalaze koji bi mogli rasvijetliti ovo pitanje. Pomoću uzorka smrznute miševe sperme, tim je uspio proizvesti leglo zdravih beba miševa. Kao dio studije plodnosti, mišja sperma provela je devet mjeseci na međunarodnoj svemirskoj stanici (između 2013. i 2014.). Pravo pitanje je sada, može li se to isto učiniti i s ljudskim bebama?
Studiju je vodio student istraživač sa naprednog biotehnološkog centra Sveučilišta u Yamanashi. Kako ona i njezini kolege objašnjavaju u svojoj studiji - koja je nedavno objavljena u Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti - potrebna će reproduktivna tehnologija ako čovječanstvo ikada namjerava dugoročno živjeti u svemiru.
Kao takve, prvo su potrebne studije koje se bave utjecajem koji život u svemiru može imati na reprodukciju ljudi. One se trebaju pozabaviti utjecajem koji bi mikrogravitacija (ili niska gravitacija) mogla imati na plodnost, ljudske sposobnosti začeća i razvoj djece. I što je još važnije, moraju se nositi s jednom od najvećih opasnosti provođenja vremena u svemiru - a to je prijetnja koju predstavljaju solarno i kozmičko zračenje.
Da bismo bili pošteni, ne morate daleko ići da biste osjetili učinke zračenja u svemiru. ISS redovito prima više od 100 puta veću količinu zračenja na površini Zemlje, što može rezultirati genetskim oštećenjima ako nisu uspostavljene dovoljne mjere zaštite. Na ostalim sunčevim tijelima - poput Marsa i Mjeseca, koji nemaju zaštitnu magnetosferu - situacija je slična.
I dok su učinci zračenja na odrasle osobe intenzivno proučavani, potencijalna šteta koja bi mogla biti nanesena našem potomstvu nema. Kako solarno i kozmičko zračenje može utjecati na našu sposobnost reprodukcije i kako to zračenje može utjecati na djecu kad su još u maternici i kada se rode? Nadajući se da će poduzeti prve korake u rješavanju ovih pitanja, Wakayama i njezini kolege odabrali su spermatozoide miševa.
Posebno su odabrali miševe jer su sisavci koji se reproduciraju seksualno. Kao što je Sayaka Wakayama objasnio Space Magazine putem e-pošte:
"Do sada su za reprodukciju u svemiru ispitivane samo ribe ili salamanderi. Međutim, vrste sisavaca vrlo su različite u usporedbi s tim vrstama, poput rođenja od majke (živahnost). Da bismo znali je li reprodukcija sisavaca moguća ili ne, moramo koristiti eksperimentalne vrste sisavaca. Međutim, vrste sisavaca, poput miševa ili štakora, su vrlo osjetljive i teško se brinu o njima astronauti na brodu, posebno za reprodukcijsku studiju. Stoga, [do sada, nismo proveli ove studije]. Planiramo napraviti više eksperimenata, poput učinka mikrogravitacije na razvoj embrija. "
Uzorci su proveli devet mjeseci na brodu ISS, a za to vrijeme održavani su na konstantnoj temperaturi od -95 ° C (-139 ° F). Međutim, tijekom pokretanja i oporavka bili su na sobnoj temperaturi. Nakon pronalaska Wakayama i njezin tim otkrili su da su uzorci pretrpjeli manju štetu.
"Spermiji sačuvani u svemiru imali su oštećenja DNK čak i nakon samo 9 mjeseci zračenjem u svemir", rekao je Wakayama. "Međutim, ta šteta nije bila jaka i mogla se popraviti ako se gnojimo kapacitetom oocita. Stoga bismo mogli dobiti normalno, zdravo potomstvo. To mi sugerira da moramo ispitati učinak kada se spermatozoidi sačuvaju duže vrijeme. "
Osim što su bili popravljivi, uzorci sperme još su mogli oploditi mišje embrije (nakon što su vraćeni na Zemlju) i stvoriti mišje potomstvo, a svi su narastali do zrelosti i pokazali su normalnu razinu plodnosti. Također su primijetili da su oplodnja i natalitet slični onima u kontrolnim skupinama, te da postoje samo manje genomske razlike između onih i miša stvorenih pomoću testnih spermija.
Iz svega navedenog pokazali su da iako izloženost zračenju u svemiru može oštetiti DNK, to ne mora utjecati na proizvodnju održivih potomaka (barem u roku od devet mjeseci). Štoviše, rezultati pokazuju da bi se ljudske i domaće životinje mogle proizvesti iz spermatozoida sačuvanih u prostoru, što bi moglo biti korisno kad je riječ o kolonizaciji svemira i drugih planeta.
Kako je Wakayama rekao, ovo se istraživanje temelji na postupcima oplodnje koji su već uspostavljeni na Zemlji i pokazalo je da se te iste prakse mogu koristiti u svemiru:
"Naš glavni predmet je reprodukcija domaćih životinja. U trenutnoj situaciji na terenu, mnoge životinje rode se iz konzervi spermatozoida. Osobito u Japanu, 100% krava mlijeka rođeno je iz sačuvane sperme zbog ekonomskih i uzgojnih razloga. Ponekad je sperma koja je bila pohranjena više od 10 godina korištena za proizvodnju krava. Ako ljudi žive u svemiru dugi niz godina, tada su naši rezultati pokazali da možemo jesti biftek u prostoru. U tu svrhu smo napravili ovu studiju. Za ljude će naš nalaz vjerojatno pomoći neplodnim parovima. "
Ovo istraživanje ujedno otvara put dodatnim testovima kojima bi se nastojalo izmjeriti utjecaj svemirskog zračenja na jajašce i ženski reproduktivni sustav. Ovi testovi ne samo da bi nam mogli mnogo reći o tome kako vrijeme u svemiru može utjecati na plodnost žene, već bi to moglo imati i ozbiljne posljedice na sigurnost astronauta. Kao što je u izjavi za AFP rekla Ulrike Luderer, profesorica medicine na Sveučilištu Kalifornija i jedan od koautora na papiru:
"Ove vrste izloženosti mogu uzrokovati rani zatajenje jajnika i rak jajnika, kao i druge osteoporoze, kardiovaskularne bolesti i neurokognitivne bolesti poput Alzheimerove bolesti. Polovica astronauta u NASA-inim novim klasama astronauta su žene. Stoga je zaista važno znati koji bi kronični zdravstveni učinci mogli biti kod žena koje su izložene dugotrajnom zračenju u dubokom svemiru. "
Međutim, dugotrajni problem s ovakvim vrstama testova može razlikovati učinke mikrogravitacije i zračenja. U prošlosti su provedena istraživanja koja su pokazala kako izlaganje simuliranoj mikrogravitaciji može smanjiti sposobnost popravljanja DNK i izazvati oštećenje DNK kod ljudi. Ostale studije pokrenule su pitanje međusobne povezanosti to dvoje i kako su potrebni daljnji eksperimenti kako bi se riješio precizan utjecaj svake od njih.
Ubuduće će biti moguće razlikovati ovo dvoje stavljanjem uzoraka spermatazoa i jajašaca u torus koji može simulirati gravitaciju Zemlje (1 g). Slično, oklopljeni moduli mogu se koristiti za izoliranje učinaka slabe ili čak mikrogravitacije. Pored toga, vjerojatno će postojati i trajne nesigurnosti sve dok se bebe zapravo ne rode u svemiru, ili u lunarnom ili marsovskom okruženju.
I naravno, tek treba vidjeti dugoročni utjecaj smanjene gravitacije i zračenja na čovjekovu evoluciju. Po svoj prilici, to neće postati jasno generacijama koje dolaze i zahtijevat će multi-generacijske studije djece rođene izvan Zemlje da vide kako se razlikuju oni i potomci.
