Med föreslagna uppdrag till Mars och planer på att etablera utposter på månen under de kommande decennierna, finns det flera frågor om vilka effekter tid som spenderas i rymden eller på andra planeter kan ha på människokroppen. Utöver det normala utbudet av frågor rörande effekterna av strålning och lägre g på våra muskler, ben och organ, finns det också frågan om hur rymdsresor kan påverka vår förmåga att reproducera.
Tidigare denna vecka - på måndag 22 maj - meddelade ett team av japanska forskare fynd som kan belysa denna fråga. Med hjälp av ett prov av frystorkad mussperm kunde teamet producera ett kull med friska babymöss. Som en del av en fertilitetsstudie hade musens spermier tillbringat nio månader ombord på den internationella rymdstationen (mellan 2013 och 2014). Den verkliga frågan nu är, kan samma göras för mänskliga barn?
Studien leds av en studentforskare vid University of Yamanashis Advanced Biotechnology Center. Som hon och hennes kollegor förklarar i sin studie - som nyligen publicerades i Fortsättningar från National Academy of Sciences - assisterad reproduktionsteknologi kommer att behövas om mänskligheten någonsin tänker leva i rymden på lång sikt.
Som sådan behövs först studier som behandlar den effekt som bor i rymden på människans reproduktion. Dessa behov måste ta itu med påverkan mikrogravitet (eller låg gravitation) kan ha på fertilitet, mänskliga förmåga att bli gravid och barns utveckling. Och ännu viktigare, de måste hantera en av de största riskerna med att spendera tid i rymden - vilket är hotet från sol- och kosmisk strålning.
För att vara rättvis behöver man inte gå långt för att känna effekterna av rymdstrålning. ISS får regelbundet mer än 100 gånger den mängd strålning som jordens yta gör, vilket kan leda till genetisk skada om tillräckliga skyddsåtgärder inte finns på plats. På andra solkroppar - som Mars och månen, som inte har en skyddande magnetosfär - är situationen liknande.
Och medan effekterna av strålning på vuxna har studerats i stor utsträckning, har den potentiella skadan som kan orsakas för våra avkommor inte. Hur kan sol- och kosmisk strålning påverka vår förmåga att reproducera, och hur kan denna strålning påverka barn när de fortfarande är i livmodern och när de föddes? I hopp om att ta de första stegen för att ta itu med dessa frågor valde Wakayama och hennes kollegor mössens spermatozoer.
De valde specifikt möss eftersom de är en däggdjursart som reproducerar sig sexuellt. Som Sayaka Wakayama förklarade Space Magazine via e-post:
”Hittills undersöktes endast fisk eller salamandrar för reproduktion i rymden. Emellertid är däggdjursarter mycket olika jämfört med de arterna, som att de är födda från en mamma (livlighet). För att veta om reproduktion av däggdjur är möjlig eller inte, måste vi använda däggdjursarter för experiment. Men däggdjursarter som möss eller råttor är mycket känsliga och svåra att ta hand om av astronauter ombord på ISS, särskilt för en reproduktionsstudie. Därför har vi [inte genomfört dessa studier] förr än nu. Vi planerar att göra fler experiment, till exempel effekten av mikrogravitet för embryoutveckling. ”
Proverna tillbringade nio månader ombord på ISS, under vilken tid de hölls vid en konstant temperatur av -95 ° C (-139 ° F). Under lansering och återhämtning var de emellertid vid rumstemperatur. Efter återhämtning fann Wakayama och hennes team att proverna hade lidit någon mindre skada.
"Sperm som bevarades i rymden hade DNA-skador även efter bara 9 månader av rymdstrålning," sade Wakayama. ”Den skadan var dock inte stark och kunde repareras när den befruktades med oocytkapacitet. Därför kunde vi få normalt, friskt avkomma. Detta antyder för mig att vi måste undersöka effekten när spermier bevaras under längre perioder. ”
Förutom att de kunde repareras, kunde spermieproven fortfarande befrukta musembryon (när de återfördes till jorden) och producerade musavkommor, som alla växte till mognad och visade normala fertilitetsnivåer. De noterade också att befruktningen och födelsetalen var lik de hos kontrollgrupperna, och att endast små genomiska skillnader existerade mellan dessa och musen skapade med hjälp av testsperman.
Från allt detta visade de att även om exponering för rymdstrålning kan skada DNA, behöver det inte påverka produktionen av livskraftiga avkommor (åtminstone inom en niomånadersperiod). Dessutom indikerar resultaten att mänskliga och husdjur kan produceras från rymdbevarad spermatozoa, vilket kan vara mycket användbart när det gäller koloniserande rymd och andra planeter.
Som Wakayama uttryckte det, bygger denna forskning på befruktningspraxis som redan etablerats på jorden och visade att samma praxis kunde användas i rymden:
”Vårt huvudämne är reproduktion av husdjur. I den nuvarande situationen på marken är många djur födda från konserverar spermatozoa. Speciellt i Japan föddes 100% av mjölkkorna från bevarad spermier av ekonomiska och avelsskäl. Ibland användes spermier som har lagrats i mer än 10 år för att producera kor. Om människor lever i rymden i många år, så visade våra resultat att vi kan äta biff i rymden. För detta ändamål gjorde vi den här studien. För människor kommer vårt resultat troligen att hjälpa infertila par. ”
Denna forskning banar också väg för ytterligare tester som skulle försöka mäta effekterna av rymdstrålning på ägg och kvinnliga reproduktionssystem. Dessa tester kunde inte bara berätta mycket om hur tid i rymden kan påverka kvinnlig fertilitet, det kan också ha allvarliga konsekvenser för astronautens säkerhet. Som Ulrike Luderer, en professor i medicin vid University of California och en av medförfattarna på tidningen sa i ett uttalande till AFP:
"Dessa typer av exponeringar kan orsaka tidig ovariesvikt och äggstockscancer, liksom annan osteoporos, hjärt-kärlsjukdomar och neurokognitiva sjukdomar som Alzheimers. Hälften av astronauterna i NASA: s nya astronautklasser är kvinnor. Så det är verkligen viktigt att veta vilka kroniska hälsoeffekter det kan ha för kvinnor som utsätts för långvarig djup rumsstrålning. ”
Men en långvarig problem med dessa typer av tester är att kunna skilja mellan effekterna av mikrogravitet och strålning. Tidigare har forskning genomförts som visade hur exponering för simulerad mikrogravitet kan minska DNA-reparationskapacitet och inducera DNA-skador hos människor. Andra studier har tagit upp frågan om samspelet mellan de två och hur ytterligare experiment behövs för att hantera den exakta effekten av var och en.
I framtiden kan det vara möjligt att skilja mellan de två genom att placera prover av spermatazoa och ägg i en torus som kan simulera jordens gravitation (1 g). På liknande sätt kan skärmade moduler användas för att isolera effekterna av låg eller till och med mikrotyngd. Utöver detta kommer det troligtvis att vara kvarstående osäkerheter tills de faktiskt spädbarn föds i rymden, eller i en mån- eller marsmiljö.
Och naturligtvis återstår att se långsiktiga effekter av minskad tyngdkraft och strålning på människans utveckling. Det är troligt att det inte kommer att bli tydligt för kommande generationer och kommer att kräva månggenerationsstudier av barn födda borta från jorden för att se hur de och deras avkommor skiljer sig åt.
