Ruimtewetenschap: waarom muizen, bier en spermatozoën naar de baan worden gestuurd

12 april 1961 Yuri Gagarin Hij werd de eerste persoon in de geschiedenis die de ruimte in vloog. Een paar decennia later werd het ongelooflijke bijna triviaal - de wereld begon te praten over ruimtetoerisme. Toegegeven, het begon niet erg soepel: in 1986 zou de eerste ruimtetoerist een Amerikaanse leraar worden, Christa McAuliffe, die 73 seconden na de lancering van de Challenger-shuttle stierf, en de Verenigde Staten hebben een wet aangenomen die vluchten naar de ruimte verbiedt voor niet-professionals. Maar de wereld was aan het veranderen en manieren om de veiligheid van passagiers te verbeteren, waren verbeterd.

Zakenman Dennis Tito, oprichter van Canonical Mark Shuttleworth, Sensors Unlimited oprichter Gregory Olsen, oprichter van Prodea Systems Anoushe Ansari, de eerste vrouw onder ruimtetoeristen, hoofd van Intentional Software Corporation Charles Simony (en twee keer), ontwikkelaar van computerspellen Richard Garry, zijn er al in geslaagd om het ISS te bezoeken en Cirque du Soleil-topman Guy Laliberte. En Ilona Mask's lancering van een Tesla-auto met een dummy aan boord kan indruk maken - vooral gezien de ironische verwijzing naar de romans "The Hitchhiker's Guide to the Galaxy" in de vorm van het bericht "Do not Panic" op het multimediasysteem.

Dit alles betekent echter niet dat de mensheid de kosmos heeft onderworpen. We hebben nog steeds een hoop taken, zoals plannen voor de kolonisatie van Mars. En nu, missen wetenschappers niet de kans om ruimte te gebruiken voor hun eigen doeleinden. Het International Space Station is een laboratorium in een baan waarin je unieke experimenten kunt uitvoeren. Dit kan potentieel nuttig zijn voor zowel astronauten als toekomstige inwoners van Mars, de vlucht waarnaar, naar later bleek, tweemaal zo gevaarlijk is als iedereen dacht. Maar tot nu toe kan het op zijn minst gegevens voor wetenschappelijke, waaronder medische, ontdekkingen verkrijgen.

Tweelingastronauten en genoomverandering

Scott en Mark Kelly zijn de enige absoluut identieke kosmonauten in de wereld (ze zijn identieke tweelingen). Tenminste, dat was totdat Scott bijna een jaar in omstandigheden van gewichtloosheid doorbracht. Meestal "leven" de astronauten niet langer dan zes maanden op het ISS, maar Scott Kelly werd opzettelijk voor een langere periode naar het station gestuurd - zodat de veranderingen in zijn lichaam merkbaarder zouden zijn. Na zijn terugkeer vergeleken de onderzoekers zijn prestaties met zijn broer: het bleek dat de lengte van Scott met bijna vijf centimeter toenam. Bovendien is het lichaamsgewicht afgenomen, het microbioom (een reeks micro-organismen) van de darm is bijna volledig veranderd en het genoom heeft volgens een voorlopige analyse enkele veranderingen ondergaan.

Dit liet NASA-experts toe te stellen dat de ruimteweergeving in het lichaam van Scott Kelly een groep 'kosmische' genen activeerde die de immuniteit, kenmerken van botweefsel, gezichtsvermogen, gehoor en sommige andere indicatoren beïnvloedden. Ondanks het feit dat de meeste veranderingen (bijvoorbeeld groei) na enige tijd terugkeerden naar het startpunt, werd ongeveer 7% van de genen hersteld in de nieuwe staat. Wetenschappers geloven dat de oorzaak van wat er gebeurt moet gezocht worden in "kosmische stress" - de impact op het lichaam van een atypische omgeving, die het lichaam als een bedreiging ervaart, en dienovereenkomstig reageert.

De omgevingsomgeving activeerde in het lichaam van Scott Kelly een groep "kosmische" genen die de immuniteit beïnvloedden, kenmerken van botweefsel, zicht, gehoor

In eerdere studies werd trouwens opgemerkt dat vluchten op een speciale manier invloed hebben op de hersenen, waardoor het neuroplastischer wordt. Volgens een experiment uitgevoerd aan de Universiteit van Michigan, daalde de hoeveelheid grijze massa in astronauten in sommige gebieden, terwijl in andere die op dit moment meer nodig waren - bijvoorbeeld in de zones die verantwoordelijk zijn voor de beweging van de onderste ledematen - deze toegenomen was.

Tegelijkertijd ontdekte een team van wetenschappers van de Universiteit van Florida dat astronauten een hoger risico hadden op hartproblemen bij het reizen naar de maan: op basis van gegevens verkregen van Apollo-deelnemers van 1961 tot 1972, ontdekten ze dat kosmische straling ongeveer vijf keer meer schade aan het hart en vaten van de "maan" astronauten in vergelijking met de astronauten die nooit naar de maan vlogen.

Pinky and Brain: mice in the space

De levertoestand wordt negatief beïnvloed, niet alleen door alcohol en vet voedsel, maar ook door vluchten in de ruimte. Deze conclusie werd in 2011 gemaakt door onderzoekers van de University of Colorado, die de knaagdieren de eerste tijd bijna twee weken (of juister, dertien en een halve dag) de ruimte in hebben gestuurd en vervolgens hebben bekeken hoe hun organen na deze ongebruikelijke reis zijn veranderd. Analyse van de gegevens toonde aan dat de belangrijkste problemen verband hielden met de lever: de dieren vonden de eerste tekenen van een niet-alcoholische vetziekte. Het is nogal moeilijk om de exacte oorzaak vast te stellen in dergelijke experimenten, maar wetenschappers hebben gesuggereerd dat de vlucht processen teweegbracht die de ontwikkeling van fibrose (proliferatie van bindweefsel) uitlokken.

Met betrekking tot laboratoriummuizen - hun reis naar de ruimte voor moderne wetenschap behoren tot de belangrijkste. Experimenten met knaagdieren kunnen bij mensen niet worden herhaald om ethische redenen - maar ze helpen te begrijpen of het menselijk lichaam kan omgaan met de effecten van langdurige krachtige kosmische straling die mutaties kan veroorzaken, bijvoorbeeld tot kwaadaardige tumoren. Niet alleen volwassen muizen worden naar het ISS gestuurd, maar ook ingevroren muizenembryo's. Nadat ze zijn teruggekeerd naar de aarde, worden ze geïntroduceerd in de organismen van draagmoeders van muismuizen en volgen ze onder traditionele omstandigheden de groei en ontwikkeling van muizen.

Halverwege vorig jaar kondigden Californische wetenschappers hun voornemen aan om veertig muizen onmiddellijk naar het ISS te sturen om een ​​nieuw osteoporosevaccin te testen. Een experimenteel geneesmiddel ontwikkeld op basis van botproteïne NELL-1 zou botweefsel moeten beschermen tegen osteoclasten - de cellen die het vernietigen. Het is al lang bekend dat mensen na vijftig jaar elk jaar gemiddeld 0,5% botweefsel verliezen. Onder gewichtloze omstandigheden wordt dit proces echter versneld. Als de tests succesvol zijn, helpt het vaccin zowel astronauten die gedwongen worden om maanden in een baan om de aarde door te brengen als "aardbewoners" die worden geconfronteerd met botschade.

Space Brewery

De overvloed aan onderzoek over onderwerpen die op het eerste gezicht onwetenschappelijk lijken (bijvoorbeeld het vinden van de reden waarom vrouwen aan de shirts van hun partners snuffelen) helpt te geloven dat wetenschap niet noodzakelijk saai is. Dit is vooral het geval wanneer wetenschappers samenwerken met gastronomische - of in dit geval, alcoholische - enthousiasten. In 2017 kondigde het Tsjechische brouwerijbedrijf Budweiser aan dat het binnenkort gerstzaden naar het ISS zou sturen. Waarom? Om als eerste te beginnen met het brouwen van bier in de ruimte.

Natuurlijk hadden de brouwers het niet alleen kunnen doen. Ze hebben hun krachten gebundeld met het Center for the Advancement of Space Science, de manager van het Amerikaanse laboratorium op het ISS en het privébedrijf Space Tango. Twintig gerstzaden zijn gepland om naar het ruimtestation te worden gestuurd, dat zal deelnemen aan ten minste twee experimenten: het eerste zal het gedrag van zaden in microzwaartekrachtscondities bestuderen (dat wil zeggen de zwaartekracht in het ruimtevaartuig, die aanwezig is, hoewel veel zwakker dan op aarde), de tweede is gerstgroei in gewichtloosheid.

Toegegeven, "binnenkort" in het geval van ruimte-experimenten is een los begrip. Het is nog niet duidelijk of het idee van de Budweiser-eigenaren uitkomt. Het probleem is dat de zaden al aan het ISS moeten zijn geleverd: de SpaceX CRS-13-raket met hen aan boord was gepland om te beginnen op 4 december 2017 en vervolgens op 8 of 12 december, maar de lancering werd de hele tijd uitgesteld. Informatie over dit onderwerp is nog niet gemeld, dus het is onwaarschijnlijk dat kosmisch bier dit jaar gaat koken.

Eten volgens de regels en zonder

Een volledig en uitgebalanceerd dieet is een van de belangrijkste problemen voor astronauten tijdens lange vluchten. Natuurlijk kunt u vertrouwen op de bekende "buizen", maar wetenschappers geven niet op om iets te proberen dat zo dicht mogelijk bij het dieet van de aarde ligt. Aan boord van het ISS zijn we erin geslaagd om alleen sla te laten groeien, maar werken aan het creëren van een meer gevarieerd menu stopt niet voor een minuut.

Onlangs lukte het een onderzoeksteam op het Duitse Neumayer Station III op Antarctica, met behulp van hydrocultuur, niet alleen sla, maar ook radijzen en komkommers zonder licht en aarde te laten groeien. En zelfs als Antarctica niet heel ruim is, maken de barre klimatologische omstandigheden het mogelijk om technologieën uit te werken voor het telen van groenten (en in de toekomst fruit) die van toepassing zullen zijn op het ISS.

Wat vlees betreft, heeft Memphis Meats hier enig succes mee bereikt, het is "gegroeid" in het gehaktballaboratorium, dat qua smaak niet oplost voor traditionele

Wat betreft vlees, enig succes werd bereikt door Memphis Meats, die in het vleesballet lab was "gegroeid", in smaak, op geen enkele manier inferieur aan de traditionele. Vertegenwoordigers van het bedrijf hebben er vertrouwen in dat de introductie van hun producten in het ruimtedieet in de komende vijf jaar kan plaatsvinden. Aan de andere kant, tijdens deze tijd in Space10, het innovatiecentrum en het speciale laboratorium van IKEA, kunnen ze erachter komen hoe ze hun fastfood van de toekomst in zero gravity kunnen recreëren, inclusief hotdogs van spirulina (blauwgroene algen) en wormgehaktballetjes, dus Memphis Meats is het niet waard om te ontspannen.

Een team van wetenschappers van de University of Pennsylvania kan ook concurreren om het recht om astronauten te voeden. Ze hebben ontdekt hoe ze afval in voedsel kunnen veranderen. Tijdens het verwerken van afval in een speciaal gesloten systeem slaagden ze er in om een ​​cultuur van Methylococcus capsulatus te krijgen, 52% bestond uit eiwitten en 36% vet, wat zowel in lange vluchten als in toekomstige pogingen om andere planeten te koloniseren nuttig kan zijn.

Kosmische mutaties en aardse weerstand

Waarom kolonie stafylokok-kolonies naar het ISS sturen? Het antwoord op de vraag lijkt niet voor de hand te liggen, maar het hoofd van Nanobiosym Anita Goelle, die NASA ernaar heeft gevraagd, weet het zeker. Gevaarlijke "passagiers" gingen de ruimte in op 18 februari 2017 en het doel van de campagne was om de mechanismen van mutaties van deze bacteriën te bestuderen en, als een resultaat, om informatie te verkrijgen die zal helpen bij de ontwikkeling van drugs op aarde.

Het is belangrijk dat Staphylococcus aureus resistent is tegen veel antibiotica en sepsis, bloedinfecties en longontsteking kan veroorzaken. In eerdere studies groeiden schimmels sneller onder microzwaartekracht en Goelle suggereerde dat dit kon gebeuren met bacteriën die sneller muteren. Er wordt verondersteld dat mutaties waarmee we nog niet vertrouwd zijn, kunnen verschijnen, en dit zal ons in staat stellen om te werken aan geschikte medicijnen terwijl de behoefte daaraan nog niet is ontstaan ​​- klinkt op zijn minst bemoedigend.

Seks en de geboorte van kinderen op Mars

Als we het praten over de kolonisatie van Mars als iets echts beschouwen, rijst een heel belangrijke vraag: wat te doen met reproductie? Het is erg belangrijk om rekening te houden met het effect op kiemcellen van zonnestraling, dat honderd keer sterker is in de ruimte dan op aarde. Een andere belangrijke factor is microzwaartekracht, die, zoals vermeld in 1988, de beweging van sperma kan versnellen. Dertig jaar geleden konden onderzoekers echter niet vaststellen of dit van invloed is op het bemestingsproces.

Alles veranderde in 2017, toen Japanse wetenschappers bevroren zaadmonsters van muizen die negen maanden in de ruimte waren opgeslagen op het ISS stuurden. Toen ze terug naar de grond werden gebracht, ontdooid en vervolgens gebruikt voor bevruchting, bleek dat de schade, hoewel die was, minimaal was. Dientengevolge verschenen er negen "spatie" -muizen tegelijk - vrij normaal, zonder anomalieën in het genoom of de ontwikkeling, die zelf in staat waren tot bevruchting en volwaardige nakomelingen gaven.

Dit experiment liet toe om te zeggen dat de kosmos redelijk geschikt is voor een bevruchtingsomgeving. Een ander ding is dat muizen op aarde werden geboren en dat spermatozoïden niet al te lang op het ISS werden opgeslagen - en als deze omstandigheden veranderen, kan de genoommodificatie significanter worden. Volgens de onderzoekers zijn ze van plan dit te controleren zodra de gelegenheid zich voordoet.

foto's:NASA (1, 2, 3)