Met voorgestelde missies naar Mars en plannen om de komende decennia buitenposten op de maan te vestigen, zijn er verschillende vragen over welke effecten tijd doorgebracht in de ruimte of op andere planeten zou kunnen hebben op het menselijk lichaam. Naast de normale reeks vragen over de effecten van straling en lagere g op onze spieren, botten en organen, is er ook de vraag hoe ruimtereizen ons vermogen om te reproduceren kunnen beïnvloeden.
Eerder deze week - op maandag 22 mei - maakte een team van Japanse onderzoekers bevindingen bekend die licht zouden kunnen werpen op deze vraag. Met behulp van een monster gevriesdroogde muissperma kon het team een nest gezonde babymuizen produceren. Als onderdeel van een vruchtbaarheidsonderzoek was het muissperma negen maanden aan boord van het internationale ruimtestation ISS geweest (tussen 2013 en 2014). De echte vraag is nu: kan hetzelfde worden gedaan voor menselijke baby's?
De studie werd geleid door een student-onderzoeker aan het Advanced Biotechnology Center van de Universiteit van Yamanashi. Zoals zij en haar collega's uitleggen in hun studie - die onlangs is gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences - geassisteerde voortplantingstechnologie is nodig als de mensheid ooit van plan is langdurig in de ruimte te leven.
Daarom zijn eerst studies nodig die het effect van wonen in de ruimte op de menselijke voortplanting onderzoeken. Deze moeten de impact aanpakken die microzwaartekracht (of lage zwaartekracht) kan hebben op de vruchtbaarheid, het vermogen van de mens om zwanger te worden en de ontwikkeling van kinderen. En nog belangrijker, ze hebben te maken met een van de grootste gevaren van tijd in de ruimte doorbrengen, namelijk de bedreiging van zonnestraling en kosmische straling.
Om eerlijk te zijn, hoef je niet ver te gaan om de effecten van ruimtestraling te voelen. Het ISS ontvangt regelmatig meer dan 100 keer de hoeveelheid straling die het aardoppervlak doet, wat kan leiden tot genetische schade als er onvoldoende waarborgen zijn. Op andere zonnelichamen - zoals Mars en de maan, die geen beschermende magnetosfeer hebben - is de situatie vergelijkbaar.
En hoewel de effecten van straling op volwassenen uitgebreid zijn bestudeerd, is de mogelijke schade die aan onze nakomelingen kan worden toegebracht dat niet. Hoe kunnen zonne- en kosmische straling ons reproductievermogen beïnvloeden, en hoe kan deze straling kinderen beïnvloeden als ze nog in de baarmoeder zijn en als ze eenmaal zijn geboren? In de hoop de eerste stappen te zetten om deze vragen te beantwoorden, selecteerden Wakayama en haar collega's de spermatozoa van muizen.
Ze kozen specifiek voor muizen omdat ze een zoogdiersoort zijn die seksueel reproduceert. Zoals Sayaka Wakayama Space Magazine via e-mail uitlegde:
“Tot nu toe zijn alleen vissen of salamanders onderzocht op reproductie in de ruimte. Zoogdierensoorten zijn echter heel anders in vergelijking met die soorten, zoals geboren worden uit een moeder (levendigheid). Om te weten of reproductie van zoogdieren mogelijk is of niet, moeten we zoogdieren gebruiken voor experimenten. Zoogdierensoorten zoals muizen of ratten zijn echter erg gevoelig en moeilijk te verzorgen door astronauten aan boord van het ISS, vooral voor een reproductiestudie. Daarom hebben we [deze onderzoeken tot nu toe niet uitgevoerd]. We zijn van plan meer experimenten te doen, zoals het effect van microzwaartekracht voor de embryonale ontwikkeling. ”
De monsters brachten negen maanden aan boord van het ISS door, gedurende welke tijd ze op een constante temperatuur van -95 ° C (-139 ° F) werden gehouden. Tijdens lancering en herstel waren ze echter op kamertemperatuur. Na het ophalen ontdekten Wakayama en haar team dat de monsters enige kleine schade hadden opgelopen.
"Sperma dat in de ruimte werd bewaard, had zelfs na slechts 9 maanden door ruimtestraling DNA-schade", zegt Wakayama. “Die schade was echter niet groot en kon worden hersteld door bevrucht door oöcytecapaciteit. Daarom konden we normale, gezonde nakomelingen krijgen. Dit suggereert mij dat we het effect moeten onderzoeken wanneer sperma voor langere tijd wordt bewaard. ”
Behalve dat ze herstelbaar waren, waren de spermastalen nog steeds in staat muisembryo's te bevruchten (zodra ze weer op aarde werden gebracht) en muizen nakomelingen te produceren, die allemaal volgroeid werden en normale vruchtbaarheidsniveaus vertoonden. Ze merkten ook op dat de bevruchtings- en geboortecijfers vergelijkbaar waren met die van controlegroepen en dat er slechts kleine genomische verschillen bestonden tussen die en de muis die met het testsperma waren gemaakt.
Uit dit alles hebben ze aangetoond dat blootstelling aan ruimtestraling DNA kan beschadigen, maar dat het de productie van levensvatbare nakomelingen niet hoeft te beïnvloeden (tenminste binnen een periode van negen maanden). Bovendien geven de resultaten aan dat mensen en huisdieren kunnen worden geproduceerd uit in de ruimte geconserveerde spermatozoa, wat enorm nuttig zou kunnen zijn als het gaat om het koloniseren van de ruimte en andere planeten.
Zoals Wakayama het uitdrukte, bouwt dit onderzoek voort op bemestingspraktijken die al op aarde zijn vastgesteld, en heeft aangetoond dat deze zelfde praktijken in de ruimte kunnen worden gebruikt:
“Ons belangrijkste onderwerp is de reproductie van huisdieren. In de huidige situatie op de grond worden veel dieren geboren uit conserven spermatozoa. Vooral in Japan werd om economische en fokredenen 100% van de melkkoeien geboren uit geconserveerd sperma. Soms werd sperma gebruikt dat meer dan 10 jaar is opgeslagen om koeien te produceren. Als mensen jarenlang in de ruimte leven, toonden onze resultaten aan dat we biefstuk in de ruimte kunnen eten. Daartoe hebben we deze studie gedaan. Voor mensen zal onze bevinding waarschijnlijk onvruchtbare stellen helpen. '
Dit onderzoek maakt ook de weg vrij voor aanvullende tests om de effecten van ruimtestraling op eicellen en het vrouwelijke voortplantingssysteem te meten. Deze tests konden ons niet alleen veel vertellen over hoe tijd in de ruimte de vrouwelijke vruchtbaarheid zou kunnen beïnvloeden, het zou ook ernstige gevolgen kunnen hebben voor de veiligheid van astronauten. Zoals Ulrike Luderer, een professor in de geneeskunde aan de Universiteit van Californië en een van de co-auteurs op het papier, zei in een verklaring aan de AFP:
"Dit soort blootstelling kan vroegtijdig ovarieel falen en eierstokkanker veroorzaken, evenals andere osteoporose, hart- en vaatziekten en neurocognitieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer. De helft van de astronauten in de nieuwe astronautenklassen van de NASA zijn vrouwen. Het is dus erg belangrijk om te weten welke chronische gezondheidseffecten er kunnen zijn voor vrouwen die worden blootgesteld aan langdurige deep space-straling. ”
Een langdurig probleem bij dit soort tests is echter het onderscheid kunnen maken tussen de effecten van microzwaartekracht en straling. In het verleden is onderzoek gedaan dat aantoonde hoe blootstelling aan gesimuleerde microzwaartekracht het DNA-herstelvermogen kan verminderen en DNA-schade bij mensen kan veroorzaken. Andere studies hebben de kwestie van het samenspel tussen de twee aan de orde gesteld en hoe verdere experimenten nodig zijn om de precieze impact van elk van beide aan te pakken.
In de toekomst is het misschien mogelijk om onderscheid te maken tussen de twee door monsters van spermatazoa en eicellen in een torus te plaatsen die de zwaartekracht van de aarde kan simuleren (1 g). Evenzo kunnen afgeschermde modules worden gebruikt om de effecten van lage of zelfs microzwaartekracht te isoleren. Buiten dat, zullen er waarschijnlijk aanhoudende onzekerheden zijn totdat baby's daadwerkelijk in de ruimte worden geboren, of in een maan- of Marsomgeving.
En natuurlijk valt nog te bezien wat de langetermijnimpact van verminderde zwaartekracht en straling op de menselijke evolutie is. Naar alle waarschijnlijkheid zal dat de komende generaties niet duidelijk worden, en zal onderzoek van meerdere generaties nodig zijn bij kinderen die van de aarde zijn geboren om te zien hoe zij en hun nakomelingen verschillen.
