В связи с активизацией космических полетов и стремлением к полету на Марс вопрос о способности жизни развиваться за пределами нашей атмосферы становится одним из центральных, особенно это касается размножения млекопитающих.
В 2021 году ученые из Университета Яманаси в сотрудничестве с Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) поставили перед собой задачу изучить этот вопрос в рамках новаторского эксперимента. Они изучали развитие эмбрионов мыши в условиях микрогравитации на борту Международной космической станции (МКС).
Это исследование, опубликованное недавно в журнале , может пролить новый свет на перспективы воспроизводства человека в космосе и его последствия для будущего освоения межзвездного пространства.
Беспрецедентный эмбриональный эксперимент на борту МКС
Процесс, начавшийся с эмбрионов мыши на стадии двух клеток, был тщательно срежиссирован. Замороженные эмбрионы были отправлены на МКС на ракете SpaceX, стартовавшей из Флориды в августе 2021 года. Они хранились в специальных устройствах, разработанных командой Вакаямы, чтобы астронавты станции могли легко разморозить эмбрионы и вырастить их в течение 4 дней в специальной среде. Затем космонавты провели химическую консервацию эмбрионов и вернули их на Землю на борту возвращаемого космического корабля.
Было проведено тщательное наблюдение за их развитием в бластоцисты — многоклеточные структуры, предшествующие имплантации в матку. Тот факт, что эти эмбрионы смогли развиться в бластоцисты с нормальным количеством клеток, является показательным. Эксперимент «ясно показал, что гравитация не оказывает существенного влияния«, — пишут исследователи. Это открытие ставит под сомнение существовавшие ранее гипотезы о том, что земная гравитация играет существенную роль в развитии эмбрионов. На самом деле микрогравитация, по-видимому, не влияет на начальные стадии дифференцировки клеток млекопитающих.
Последствия для репродукции человека в космосе
Демонстрация способности эмбрионов млекопитающих дифференцироваться во внутреннюю клеточную массу (ВКМ) и трофобласт в условиях микрогравитации представляет собой значительное достижение. ВКМ и трофобласт являются важнейшими компонентами бластоцисты, играющими решающую роль в эмбриональном развитии. «Формирование этих структур в отсутствие гравитации свидетельствует о замечательной адаптивности биологических процессов«, — говорят исследователи из Университета Яманаси.
Однако нельзя не отметить одну особенность, наблюдавшуюся в ходе этого эксперимента. В некоторых бластоцистах, сформированных в условиях микрогравитации, были обнаружены бластомеры, эктопически экспрессирующие фактор NANOG. Как отмечают авторы в своей статье, «NANOG необходим для поддержания плюрипотентности эмбриональных стволовых клеток». Поэтому эктопическая экспрессия может иметь последствия для последующего развития эмбриона. Это наблюдение подчеркивает важность продолжения исследований для определения того, может ли микрогравитация вызывать другие неожиданные молекулярные или клеточные изменения.
Этот эксперимент также открывает путь к новым исследованиям того, как отсутствие гравитации может влиять или не влиять на другие биологические процессы. Несмотря на многообещающие результаты, остается еще много проблем. Космическая радиация, которая может вызвать повреждение ДНК, является одной из основных проблем, связанных с воспроизводством в космосе. Однако в данном исследовании не было отмечено «существенных» различий в повреждении ДНК между эмбрионами, выращенными на Земле и на МКС. Но поскольку это был лишь первый эксперимент за пределами Земли, для подтверждения результатов необходимо их воспроизведение.
Поэтому исследователи планируют следующий шаг: пересадить выращенные в условиях микрогравитации бластоцисты мышам, чтобы проверить, смогут ли они дать потомство, и тем самым подтвердить, что бластоцисты являются здоровыми. Подобные исследования могут иметь большое значение для будущих миссий по освоению и колонизации космоса. В рамках программы «Артемида» НАСА планирует отправить людей на Луну, чтобы изучить условия жизни на ней в долгосрочной перспективе и подготовиться к полету на Марс, запланированному на конец 2030-х годов.