В исследовании, посвященном влиянию невесомости на геном мух, выращенных в космосе, приняли участие сибирские ученые. О результатах их работы сообщается в статье, опубликованной в международном журнале PLoS ONE.
В 2014 году с космического спутника «Фотон-M4» на околоземную орбиту были отправлены мухи дрозофилы. Этот эксперимент был организован Институтом медико-биологических проблем РАН (Москва) при активном взаимодействии с Роскосмосом. Задача ученых заключалась в изучении процессов развития живых организмов, включая плодную мушку дрозофилу, в условиях космического полета, а также в определении влияния невесомости на это развитие. Анализ данных об экспрессии генов дрозофилы в рамках работы был осуществлен исследователями из лаборатории геномики Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН.
«Интересной оказалась продолжительность полета. Спутник находился на орбите приблизительно два месяца. За это время там сменились три поколения дрозофил. Таким образом, мы исследовали организмы, которые никогда не испытывали земного притяжения. Причем это было уже второе поколение, выросшее в условиях невесомости, — сообщает руководитель лаборатории геномики ИМКБ СО РАН, кандидат биологических наук Степан Николаевич Белякин. Разумеется, за два поколения мухи не претерпят эволюционных изменений и не станут «космическими мутантами», однако этого вполне достаточно, чтобы мы могли оценить то, что в биологии именуется «нормой реакции» — некоторый диапазон, в котором организм реагирует на условия своего окружения. Классический пример «нормы реакции» известен нам еще со школьного курса биологии за седьмой класс — одуванчик, выращенный в максимально благоприятных условиях сада, и его слаборослый, но выносливый высокогорный собрат, постоянно вынужденный преодолевать неблагоприятные факторы. Вся заметная разница заключается в реакции на внешние условия, в том числе и на генетическом уровне.
Исследователи стремились выяснить, проявляется ли у дрозофил реакция на невесомость и, если да, то насколько она выражена. Эксперимент заключался в следующем: сразу после посадки спутника в оренбургской степи был отобран образец мух. Ученые, прибывшие на вертолете с микроскопом и жидким азотом, немедленно заморозили материал. Личинки дрозофил позволили развиваться в течение 12 часов, одних суток и более, чтобы определить скорость восстановления их нормального состояния.
Мух для контрольной группы выращивали в Институте медико-биологических проблем РАН в условиях, полностью повторявших те, что были созданы для мух, находившихся в космосе. Температура и газовый состав были идентичны условиям на орбите (любые изменения, происходившие там, дублировались и на Земле). Единственным отличием являлось отсутствие гравитации.
Специалисты Института молекулярной генетики и биохимии СО РАН провели полный геномный анализ для всех указанных групп. У дрозофилы насчитывается более 13 000 генов. Результаты показали наличие изменений, хотя и не критических. В частности, наблюдались модификации в активности генов, ответственных за формирование хитинового покрова, то есть экзоскелета насекомых. Исследователи выявили несколько таких генов. Изменения костей и опорно-двигательного аппарата у космонавтов, проводящих длительное время в космосе, были известны ранее. Теперь ученые продемонстрировали, что отдаленно схожие процессы могут затрагивать и генетический уровень у столь далекого от человека организма, как дрозофила.
«Но наибольшее удивление вызвала скорость восстановления. Все замеченные изменения вернулись к исходному состоянию всего за 12 часов, — отмечает Степан Белякин. — Это позволяет предположить наличие механизма, который контролирует активность генов в зависимости от гравитации. Вероятнее всего, влияние опосредованное: возникшая физиологическая нагрузка, связанная с появлением веса у мухи (хотя и незначительного), каким-то образом стимулировала активность генов. По всей видимости, здесь проявляется определенная физиологическая реакция, которая также отразилась на работе генов. Таким образом, в данном эксперименте удалось наблюдать типичную норму реакции, то есть диапазон откликов организма на отсутствие гравитации. И как только условия возвращаются к исходным, все быстро стабилизируется, демонстрируя высокую устойчивость организма».
Помимо базовых знаний о биологических процессах, происходящих в организме, это открытие вселяет надежду на перспективы осуществления для человека продолжительных космических путешествий. Представим, что в отдаленном будущем люди отправятся к расположенной не очень далеко звезде (путь к которой даже со скоростью света займет столетие), то можно предположить, что по возвращении к условиям гравитации, их тела и генетический аппарат быстро восстанавливаются, функционируя аналогично тому, как это происходит у нас.
Текст: Диана Хомякова. Иллюстрации: Ольга Посух