Scienza dello spazio: perché topi, birra e spermatozoi inviati in orbita

12 aprile 1961 Yuri Gagarin È diventato la prima persona nella storia a volare nello spazio. Qualche decennio dopo, l'incredibile divenne quasi banale: il mondo iniziò a parlare di turismo spaziale. È vero, non è iniziato molto bene: nel 1986, il primo turista spaziale doveva diventare un'insegnante americana, Christa McAuliffe, che morì 73 secondi dopo il lancio della navetta Challenger, e gli Stati Uniti approvarono una legge che vietava i voli nello spazio per i non professionisti. Ma il mondo stava cambiando e sono stati migliorati i modi per garantire la sicurezza dei passeggeri.

L'imprenditore Dennis Tito, il fondatore canonico Mark Shuttleworth, il fondatore di Sensors Unlimited Gregory Olsen, il fondatore di Prodea Systems Anoushe Ansari, la prima donna tra i turisti dello spazio, capo della Intentional Software Corporation Charles Simony (e due volte), Richard Garry, sviluppatore di giochi per computer, sono già riusciti a visitare la ISS e l'amministratore delegato del Cirque du Soleil Guy Laliberte. E il lancio di Ilona Mask di una macchina Tesla con un manichino a bordo non può non impressionare, soprattutto considerando il riferimento ironico ai romanzi "La Guida alla galassia degli autostoppisti" sotto forma del messaggio "Non fatevi prendere dal panico" sul sistema multimediale.

Tutto ciò, tuttavia, non significa che l'umanità abbia soggiogato il cosmo. Abbiamo ancora molti compiti, come i piani per la colonizzazione di Marte. E ora gli scienziati non perdono l'opportunità di usare lo spazio per i propri scopi. La Stazione Spaziale Internazionale è un laboratorio in orbita dove puoi condurre esperimenti unici. Ciò potrebbe essere potenzialmente utile sia per gli astronauti che per i futuri abitanti di Marte, il cui volo, come si è scoperto, è due volte più pericoloso di quanto tutti pensassero. Ma finora consente almeno di ottenere dati per le scoperte scientifiche, comprese quelle mediche.

Astronauti gemelli e alterazione del genoma

Scott e Mark Kelly sono gli unici cosmonauti assolutamente identici al mondo (sono gemelli identici). Almeno, è stato fino a quando Scott ha trascorso quasi un anno in condizioni di assenza di peso. Di solito, gli astronauti "vivono" sulla ISS per non più di sei mesi, ma Scott Kelly è stato intenzionalmente inviato alla stazione per un periodo più lungo - in modo che i cambiamenti nel suo corpo sarebbero stati più evidenti. Dopo il ritorno, i ricercatori hanno confrontato la sua performance con il fratello: è risultato che l'altezza di Scott è aumentata di quasi cinque centimetri. Inoltre, il suo peso corporeo è diminuito, il microbioma (una serie di microrganismi) dell'intestino è quasi completamente cambiato e il genoma, secondo un'analisi preliminare, ha subito alcuni cambiamenti.

Tutto ciò ha permesso agli esperti della NASA di affermare che l'ambiente spaziale attivò nel corpo di Scott Kelly un gruppo di geni "cosmici" che colpivano l'immunità, le caratteristiche del tessuto osseo, la vista, l'udito e alcuni altri indicatori. Nonostante il fatto che la maggior parte dei cambiamenti (ad esempio, la crescita) dopo un po 'di tempo è tornata al punto di partenza, circa il 7% dei geni è stato corretto nel nuovo stato. Gli scienziati ritengono che la causa di ciò che sta accadendo debba essere ricercata in "stress cosmico" - l'impatto sul corpo di un ambiente atipico, che il corpo percepisce come una minaccia, rispondendo di conseguenza.

L'ambiente spaziale attivato nel corpo di Scott Kelly un gruppo di geni "cosmici" che ha colpito l'immunità, le caratteristiche del tessuto osseo, la visione, l'udito

In precedenti studi, tra l'altro, si è notato che i voli nello spazio in un modo speciale influenzano il cervello, rendendolo più neuroplastico. Secondo un esperimento condotto all'Università del Michigan, la quantità di materia grigia negli astronauti diminuiva in alcune aree, mentre in altre che erano più necessarie al momento - per esempio, nelle zone responsabili del movimento degli arti inferiori - aumentava.

Allo stesso tempo, un team di scienziati dell'Università della Florida ha scoperto che gli astronauti avevano un rischio più elevato di problemi cardiaci durante il viaggio sulla Luna: sulla base dei dati ottenuti dai partecipanti ad Apollo dal 1961 al 1972, hanno scoperto che le radiazioni cosmiche causano circa cinque volte più danni al cuore e ai vasi degli astronauti "lunari" rispetto agli astronauti che non hanno mai volato sulla luna.

Pinky and Brain: topi nello spazio

Lo stato del fegato è influenzato negativamente non solo dall'alcol e dai cibi grassi, ma anche dai voli nello spazio. Questa conclusione è stata fatta nel 2011 dai ricercatori dell'Università del Colorado, che per primi hanno inviato i roditori nello spazio per quasi due settimane (o più precisamente tredici giorni e mezzo), e poi hanno osservato come i loro organi sono cambiati dopo questo insolito viaggio. L'analisi dei dati ha mostrato che i problemi principali erano associati al fegato: gli animali hanno trovato i primi segni di una malattia grassa non alcolica. È piuttosto difficile stabilire la causa esatta in tali esperimenti, ma gli scienziati hanno suggerito che il volo ha innescato processi che provocano lo sviluppo della fibrosi (proliferazione del tessuto connettivo).

Per quanto riguarda i topi da laboratorio, il loro viaggio nello spazio per la scienza moderna è tra i più importanti. Gli esperimenti sui roditori non possono essere replicati nell'uomo per ragioni etiche - ma aiutano a capire se il corpo umano può far fronte agli effetti di potenti radiazioni cosmiche di lunga durata che possono causare mutazioni, ad esempio, che portano a tumori maligni. Non vengono inviati solo topi adulti alla ISS, ma anche embrioni di topo congelati. Dopo essere tornati sulla Terra, vengono introdotti negli organismi delle madri di topi surrogati e, in condizioni tradizionali, stanno osservando la crescita e lo sviluppo dei topi.

A metà dell'anno scorso, gli scienziati californiani hanno annunciato l'intenzione di inviare quaranta topi all'ISS per testare un nuovo vaccino contro l'osteoporosi. Un farmaco sperimentale sviluppato sulla base della proteina ossea NELL-1 dovrebbe proteggere il tessuto osseo dagli osteoclasti - le cellule che lo distruggono. È noto da tempo che, dopo cinquant'anni, le persone perdono una media dello 0,5% di tessuto osseo ogni anno. Tuttavia, in condizioni di assenza di peso, questo processo è accelerato. Se i test hanno esito positivo, il vaccino aiuterà sia gli astronauti che sono costretti a trascorrere mesi in orbita, sia i "terrestri" che si trovano ad affrontare danni alle ossa.

Birrificio Spaziale

L'abbondanza di ricerche su argomenti che a prima vista sembrano non scientifici (per esempio, trovando il motivo per cui le donne annusano le camicie dei loro partner) aiuta a credere che la scienza non sia necessariamente noiosa. Ciò è particolarmente vero quando gli scienziati si uniscono agli appassionati di gastronomia - o, in questo caso, alcolici. Nel 2017, la società ceca di produzione Budweiser ha annunciato che presto avrebbe inviato semi di orzo alla ISS. Perché? Per diventare il primo a iniziare a produrre birra nello spazio.

Certo, i birrai non avrebbero potuto fare da soli. Hanno unito le loro forze con il Centro per l'avanzamento della scienza spaziale, il manager del laboratorio americano sulla ISS e la società privata Space Tango. Si prevede di inviare alla stazione spaziale 20 semi di orzo, che prenderanno parte ad almeno due esperimenti: il primo studierà il comportamento dei semi in condizioni di microgravità (cioè, gravità all'interno della navicella, che è presente, sebbene molto più debole che sulla Terra), il secondo è la crescita dell'orzo in assenza di peso.

È vero, "presto" nel caso degli esperimenti spaziali è un concetto allentato. Non è ancora chiaro se l'idea dei proprietari di Budweiser si avvererà. Il problema è che i semi avrebbero dovuto essere già stati consegnati alla ISS: il missile SpaceX CRS-13 con loro a bordo sarebbe partito il 4 dicembre 2017, poi l'8 o il 12 dicembre, ma il lancio è stato posticipato di continuo. Le informazioni su questo problema non sono ancora state riportate, quindi è improbabile che la birra cosmica inizi a cucinare quest'anno.

Il cibo secondo le regole e senza

Una dieta completa ed equilibrata è uno dei problemi più importanti per gli astronauti durante i voli lunghi. Certo, puoi contare sulle famose "valvole", ma gli scienziati non rinunciano a cercare di sviluppare qualcosa il più vicino possibile alla dieta della terra. A bordo della ISS, siamo riusciti a coltivare solo lattuga, ma lavorare per creare un menu più vario non si ferma per un minuto.

Recentemente, un gruppo di ricerca presso la stazione tedesca Neumayer III in Antartide, utilizzando l'idroponica, è riuscito a coltivare non solo lattuga, ma anche ravanelli e cetrioli senza luce e suolo. E anche se l'Antartide non è abbastanza spaziale, le dure condizioni climatiche consentono di elaborare tecnologie per la coltivazione di verdure (e in futuro, frutta) che saranno applicabili alla ISS.

Per quanto riguarda la carne, Memphis Meats ha raggiunto un certo successo in questo, è "cresciuto" nel laboratorio di polpette di carne, che nel gusto non cede al tradizionale

Per quanto riguarda la carne, un certo successo in questo è stato raggiunto da Memphis Meats, che era "cresciuto" nel laboratorio di polpette di carne, nel gusto, in nessun modo inferiore a quello tradizionale. I rappresentanti dell'azienda sono fiduciosi che l'introduzione dei loro prodotti nella dieta spaziale possa avvenire nei prossimi cinque anni. D'altra parte, durante questo periodo in Space10, il centro di innovazione e il laboratorio speciale IKEA, possono capire come ricreare i loro fast food del futuro in assenza di gravità, inclusi hot dog da spirulina (alga blu-verde) e polpette di carne vermiglia, quindi Memphis Meats non vale la pena rilassarsi.

Un team di scienziati dell'Università della Pennsylvania può anche competere per il diritto di nutrire gli astronauti e ha capito come trasformare i rifiuti in cibo. Nel processo di lavorazione dei rifiuti in uno speciale sistema chiuso, sono riusciti a ottenere una coltura di metilococco capsulatus, il 52% costituito da proteine ​​e il 36% di grasso, che può essere utile sia nei voli lunghi che nei tentativi futuri di colonizzare altri pianeti.

Mutazioni cosmiche e resistenza terrestre

Perché inviare colonie di stafilococco di colonie alla ISS? La risposta alla domanda non sembra ovvia, ma il capo di Nanobiosym Anita Goelle, che ha chiesto informazioni alla NASA, lo sa per certo. I "passeggeri" pericolosi sono entrati nello spazio il 18 febbraio 2017 e l'obiettivo della campagna era studiare i meccanismi delle mutazioni di questi batteri e, di conseguenza, ottenere informazioni utili allo sviluppo di farmaci sulla Terra.

È importante che lo Staphylococcus aureus sia resistente a molti antibiotici e possa causare sepsi, infezioni del sangue e polmonite. In studi precedenti, i funghi sono cresciuti più velocemente in condizioni di microgravità e Goelle ha suggerito che ciò potrebbe accadere con batteri che mutano più rapidamente. Si presume che possano comparire mutazioni con le quali non siamo ancora a conoscenza, e questo ci permetterà di iniziare a lavorare su farmaci adeguati mentre il bisogno per loro non è ancora sorto - sembra almeno incoraggiante.

Sesso e nascita di bambini su Marte

Se prendiamo il discorso sulla colonizzazione di Marte come qualcosa di reale, sorge una domanda molto importante: cosa fare con la riproduzione? È molto importante prendere in considerazione l'effetto sulle cellule germinali della radiazione solare, che è cento volte più forte nello spazio che sulla Terra. Un altro fattore importante è la microgravità, che, come menzionato nel 1988, può accelerare il movimento degli spermatozoi. Tuttavia, trent'anni fa, i ricercatori non hanno potuto stabilire se ciò influisse sul processo di fertilizzazione.

Tutto è cambiato nel 2017, quando gli scienziati giapponesi hanno inviato campioni di sperma congelato di topi che sono stati conservati nell'ISS per nove mesi nello spazio. Quando furono restituiti al terreno, scongelati e quindi utilizzati per la fecondazione, si scoprì che il danno, sebbene lo fosse, era minimo. Di conseguenza, nove topi "spaziali" apparvero in una sola volta - del tutto normali, senza anomalie nel genoma o nello sviluppo, che erano essi stessi in grado di fertilizzarsi e diedero una vera e propria prole.

Questo esperimento ha permesso di dire che il cosmo è abbastanza adatto per l'ambiente di fertilizzazione. Un'altra cosa è che i topi sono nati sulla Terra, e gli spermatozoi sono stati conservati sulla ISS per non troppo tempo - e se queste condizioni cambiano, la modifica del genoma potrebbe diventare più significativa. Secondo i ricercatori, hanno in programma di verificare questo appena l'opportunità si presenta.

immagini:NASA (1, 2, 3)