США и другие страны надеются в ближайшем будущем запустить пилотируемые миссии на Марс. Вероятно, когда-нибудь люди смогут даже колонизировать другие небесные тела. Однако полеты в космос связаны не только с таким понятием, как микрогравитация, которую еще называют невесомостью, но и с сильным излучением, например галактическими космическими лучами — элементарными частицами и ядрами атомов, движущимися с высокими энергиями и возникающими за пределами Солнечной системы. Еще есть события солнечных частиц (или солнечного протона), которые испускает светило: они ускоряются либо близко к Солнцу во время вспышки, либо в межпланетном пространстве ударами коронального выброса массы.
Как показали предыдущие исследования, условия микрогравитации не мешают размножению некоторых земных видов, таких как иглокожие, рыбы, земноводные и птицы. Млекопитающие, однако, в основном плацентарные (в том числе человек), но некоторые эксперименты и моделирования предполагают, что их репродукции невесомость тоже не будет препятствовать.
В то же время считалось, что космическое излучение вызовет серьезные проблемы со здоровьем: например, повысит риск развития рака при продолжительных миссиях на Марс и другие планеты. Нынешняя модель построена на эпидемиологических данных, полученных на основе исследования людей, которые выжили после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки в 1945 году, а не на реальных экспериментах в космосе. Да и не секрет, что радиация повреждает ДНК половых клеток: ионы HZE (высокоэнергетические компоненты ядер галактических космических лучей), например, могут вызывать пространственно сгруппированные двухцепочечные разрывы ДНК. Опасность в том, что мутировавшие таким образом половые клетки передадутся потомству и повлияют на его развитие. Поэтому ученые стремятся подробнее изучить влияние космической радиации не только на живые организмы, но и на будущие поколения, прежде чем наступит великая космическая эра.
Ученые из Японского агентства аэрокосмических исследований, Университета Яманаси и Национального института квантовой и радиологической науки и технологий в городе Тиба решили проверить, как радиация повлияет на лиофилизированные сперматозоиды мышей, ампулы с которыми хранились на борту Международной космической станции. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Сперматозоиды мышей вводят в яйцеклетки / © AFP
«Пока это единственный метод, который позволил изучить влияние космического излучения на следующее поколение. Мы отправили на МКС 12 образцов спермы мужских особей мышей. Первые ампулы вернули на Землю через девять месяцев, а другие оставались там в течение двух лет и девяти месяцев, а также пяти лет и десяти месяцев (это максимальный срок хранения образцов во время биологических исследований). Затем мы проверяли, вызывает ли длительное воздействие космической радиации повреждение ДНК сперматозоидов и повлияют ли какие-либо накопленные мутации на следующее поколение», — рассказали авторы эксперимента.
Выводок детенышей мыши / © AFP
По возвращении образцов на Землю ученые смотрели, насколько сперматозоиды подверглись влиянию радиации с помощью секвенирования РНК. Как оказалось, путешествие на МКС не привело к повреждению ДНК. Затем биоматериал регидратировали и ввели в яйцеклетки, которые потом перенесли самкам мышей. По итогу родились 168 здоровых детенышей, без каких-либо генетических отклонений.
Когда первое поколение «космических грызунов» подросло, их спарили между собой случайным образом. Они родили потомство, которое, опять же, было нормальным. «Когда придет время мигрировать на другие планеты, нам нужно будет поддерживать генетическое разнообразие не только людей, но и домашних животных, — объяснили авторы работы. — Вполне вероятно, что для экономии средств и из соображений безопасности сохраненные половые клетки будут транспортировать на космических кораблях».
Лиофилизация — способ мягкой сушки веществ, при котором высушиваемый препарат замораживают, а потом помещают в вакуумную камеру — повышает устойчивость сперматозоидов к радиации, поскольку, по сравнению со свежим биоматериалом, они не содержат воду внутри клеточных ядер и цитоплазмы. Хотя есть различия между повреждением ДНК от рентгеновских лучей и космического излучения, ученые предполагают, что в таком виде сперма может храниться на борту корабля до 200 лет. Конечно, прежде чем человечество решит (и будет способно) колонизировать другие астрономические объекты, нужно изучить влияние космической радиации на замороженные женские яйцеклетки и эмбрионы и учитывать, что в пространстве дальше околоземной орбиты дела могут обстоять не так, как на МКС.
