В ходе исследования японские ученые оценили способность к воспроизведению сперматозоидов мышей, которые были заморожены и хранились в течение нескольких лет на борту Международной космической станции.
США и ряд других государств планируют в перспективе осуществить пилотируемые полеты к Марсу. Возможно, в будущем люди смогут даже создать колонии на других небесных объектах. Однако космические путешествия сопряжены не только с воздействием микрогравитации, известной также как невесомость, но и с интенсивным излучением, например, галактическими космическими лучами – элементарными частицами и ядрами атомов, обладающими высокой энергией и возникающими за пределами Солнечной системы. Кроме того, существует явление солнечных выбросов частиц (или солнечных протонов), которые испускает наше светило: они ускоряются либо вблизи Солнца во время вспышек, либо в межпланетном пространстве под воздействием корональных выбросов массы.
Предыдущие исследования продемонстрировали, что условия микрогравитации не оказывают негативного влияния на размножение ряда земных организмов, включая иглокожих, рыб, земноводных и птиц. Что касается млекопитающих, в частности плацентарных (к которым относится и человек), то некоторые эксперименты и моделирования позволяют предположить, что и для них невесомость не станет препятствием для воспроизводства.
Одновременно существовало мнение, что космическое излучение способно спровоцировать значительные проблемы со здоровьем, в частности, увеличить вероятность онкологических заболеваний при длительных экспедициях на Марс и другие планеты. Текущая модель основана на эпидемиологических данных, полученных в результате изучения людей, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки в 1945 году, а не на фактических экспериментах, проводимых в космическом пространстве. Не секрет, что радиация оказывает повреждающее воздействие на ДНК половых клеток: например, ионы HZE (высокоэнергетические компоненты ядер галактических космических лучей) способны вызывать пространственно сгруппированные двухцепочечные разрывы ДНК. Суть опасности заключается в том, что половые клетки, подвергшиеся таким мутациям, могут быть переданы потомству, что негативно скажется на его развитии. В связи с этим, исследователи прилагают усилия для более детального изучения влияния космической радиации не только на живые организмы, но и на будущие поколения, до наступления эпохи масштабных космических путешествий.
Специалисты из Японского агентства аэрокосмических исследований, Университета Яманаси и Национального института квантовой и радиологической науки и технологий, расположенного в Тибе, провели исследование воздействия радиации на лиофилизированные сперматозоиды мышей. Образцы, помещенные в ампулы, находились на борту Международной космической станции. Итоговые данные опубликованы в журнале Science Advances.
«На данный момент это единственный способ исследовать воздействие космического излучения на потомство. Для проведения исследования на МКС было доставлено 12 образцов спермы самцов мышей. Первые образцы были возвращены на Землю через девять месяцев, в то время как другие находились там в течение двух лет и девяти месяцев, а также пяти лет и десяти месяцев (это предельный срок хранения биологических образцов в ходе подобных исследований). После этого ученые проверили, приводит ли продолжительное воздействие космической радиации к повреждению ДНК сперматозоидов и могут ли возникшие мутации отразиться на потомстве», – сообщили участники эксперимента.
После доставки образцов на Землю, исследователи оценили воздействие радиации на сперматозоиды посредством секвенирования РНК. Стало известно, что полет на МКС не вызвал повреждений в ДНК. Затем биоматериал регидратировали и поместили в яйцеклетки, после чего перенесли самкам мышей. В результате родилось 168 здоровых детенышей, не имеющих генетических аномалий.
Когда первые поколения «космических грызунов» достигли зрелости, их скрестили случайным образом. Полученное потомство оказалось вполне обычным. Авторы исследования отметили, что при подготовке к миграции на другие планеты необходимо поддерживать генетическое разнообразие как людей, так и домашних животных. Они также предположили, что для снижения затрат и повышения безопасности сохраненные половые клетки могут быть доставлены на космических кораблях».
Лиофилизация – это щадящий метод сушки, при котором высушиваемый материал подвергается замораживанию, а затем помещается в вакуумную камеру. Этот процесс повышает устойчивость сперматозоидов к воздействию радиации, поскольку они, в отличие от свежих биологических материалов, не содержат воду в клеточных ядрах и цитоплазме. Несмотря на то, что повреждение ДНК от рентгеновского излучения и космического излучения отличается, исследователи считают, что в таком состоянии сперма потенциально может храниться на борту космического корабля в течение двухсот лет. Прежде чем человечество сможет приступить к колонизации других небесных тел (и будет иметь для этого необходимые возможности), необходимо изучить воздействие космической радиации на замороженные яйцеклетки и эмбрионы, а также учитывать, что условия в пространстве, удалённом от околоземной орбиты, могут существенно отличаться от тех, что наблюдаются на Международной космической станции.