Несмотря на кажущуюся простоту, вопрос о воспроизводстве в условиях отсутствия гравитации долгое время не привлекал внимания исследователей. Недавние работы австралийских ученых показали, что микрогравитация оказывает негативное воздействие на определенные функции сперматозоидов.
Вопрос о возможности освоения космоса человеком неразрывно связан с потенциалом его размножения вне Земли. Однако до недавнего времени этот аспект оставался малоизученным. Причина кроется в том, что орбитальные исследования носят эпизодический характер и требуют значительных финансовых вложений, а также не дают возможности отделить влияние невесомости от других факторов, сопровождающих космические полеты, например, ионизирующего излучения и перегрузок во время запуска. Наземные же исследования долгое время были ограничены методологическими недостатками.
Благодаря исследованию, проведенному учеными из Университета Аделаиды (Австралия), появилась возможность одновременно отслеживать перемещение сперматозоидов в среде, воспроизводящей условия репродуктивной системы, и анализировать влияние этого процесса на развитие эмбриона. Результаты опубликовал журнал Communications Biology.
Для исследования ученые применили 3D-клиностат – устройство, позволяющее вращать образцы и компенсировать влияние гравитации. Оно было интегрировано с микроскопическими каналами, структура которых имитирует женские репродуктивные пути. Это позволило сформировать правдоподобную модель, в которой сперматозоиды должны были самостоятельно достигать яйцеклетки. Эксперименты проводились на человеческих, мышиных и свиных образцах, в условиях, максимально приближенных к клиническим, включая качественные среды, пониженное содержание кислорода и точный температурный контроль.
В ходе исследования было установлено, что микрогравитация оказывает негативное воздействие. В условиях её отсутствия, значительно меньше сперматозоидов как у человека, так и у мышей смогли пройти через заданный путь. При этом, их подвижность, скорость и особенности перемещения остались прежними. Это позволяет предположить, что гравитация необходима не для движения сперматозоидов, а для обеспечения их правильной ориентации – она помогает им сохранять нужное направление. Примечательно, что прогестерон, гормон, выделяемый яйцеклеткой, полностью устранял эту проблему: сперматозоиды вновь находили верный путь. Таким образом, химические сигналы способны заменить гравитацию.
Несмотря на то, что до цели добралось меньшее количество сперматозоидов, они продемонстрировали более высокое качество. У людей эти клетки эффективнее взаимодействовали с оболочкой яйцеклетки, а у мышей и свиней эмбрионы, образованные из таких сперматозоидов, характеризовались большим количеством клеток, участвующих в формировании плода.
Фактор времени оказался определяющим. Если воздействие микрогравитации ограничивалось моментом оплодотворения, то получавшиеся эмбрионы демонстрировали даже более высокие показатели, чем обычные. Однако, если микрогравитация сохранялась в течение первых суток после оплодотворения, это приводило к существенным негативным последствиям. У мышей наблюдалось снижение скорости развития, уменьшалось количество клеток в эмбрионе, а у плода этот процесс был еще более выраженным. У свиней даже кратковременное воздействие снижало вероятность выживания эмбриона до необходимого этапа.
Недостаток гравитации не просто влияет на направление движения сперматозоидов, но и выполняет функцию естественного отбора, позволяя выбирать наиболее жизнеспособные из них. В отдельных ситуациях это может способствовать формированию эмбрионов с улучшенными характеристиками развития.