Kunstig tyngdekraft giver delvis beskyttelse af biologien i rummet

Rumrejser til månen, Mars og videre kan udsætte astronauter for ekstreme forhold, hvilket forårsager potentielle sundhedsproblemer. For at forberede sig til fremtidige langvarige missioner studerer NASA, hvordan virkningerne af rummet – ændringer i tyngdekraften, stråling og mere – påvirker "modelorganismer" eller andre former for liv, der biologisk ligner mennesker. Nye resultater fra en undersøgelse med frugtfluer på den internationale rumstation tyder på, at rumrejser har en indvirkning på centralnervesystemet, men at kunstig tyngdekraft giver delvis beskyttelse mod disse ændringer.

"Mikrotyngdekraft udgør risici for centralnervesystemet, hvilket tyder på, at modforanstaltninger kan være nødvendige for langvarige rumrejser," sagde Dr. Janani Iyer, en Universities Space Research Association (USRA) projektforsker ved NASAs Ames Research Center i Californiens Silicon Valley og en forfatter på avisen offentliggjort i dag i Cell Reports . "Når vi begiver os tilbage til månen og videre til Mars, vil reduktion af de skadelige virkninger af mikrogravitation være nøglen til at holde fremtidige opdagelsesrejsende sikre. Denne undersøgelse er et skridt i den rigtige retning for at udforske de beskyttende virkninger af kunstig tyngdekraft i rummet og for at forstå tilpasningen til jordens forhold efter hjemkomst fra rummet."

Frugtfluer er den ideelle organisme til denne form for forskning på grund af deres ligheder med mennesker. Der er en betydelig mængde overlap mellem de cellulære og molekylære processer hos fluer og mennesker. Næsten 75 % af de gener, der forårsager sygdom hos mennesker, deles af frugtfluer, hvilket betyder, at jo mere vi lærer om frugtfluer, jo mere information har forskerne til at undersøge, hvordan rummiljøet kan påvirke menneskers sundhed. Fluer har også meget kortere levetid - omkring to måneder og formerer sig på to uger. De tre uger, fluerne tilbringer i rummet, svarer til omkring tre årtier af et menneskes liv, hvilket giver forskerne mere biologisk information på kortere tid.

Forstå alvoren af ​​situationen

I denne undersøgelse sendte forskere fluer til rumstationen på en månedlang mission i et nyudviklet stykke hardware kaldet Multi-use Variable-gravity Platform (MVP), der er i stand til at huse fluer på forskellige gravitationsniveauer. Fluerne i denne hardware havde adgang til frisk mad, mens de levede og reproducerede. Ved at bruge forskellige rum tillod MVP'en at adskille forskellige generationer af fluer. På rumstationen oplevede en gruppe frugtfluer mikrotyngdekraft svarende til deres menneskelige modstykker. En anden gruppe blev udsat for kunstig tyngdekraft ved at simulere Jordens tyngdekraft på rumstationen ved hjælp af en centrifuge - et instrument, der drejer for at simulere tyngdekraften. Mens de var på rumstationen, optog kameraer i hardwaren disse "flyonauters" adfærd. På forskellige tidspunkter blev nogle af fluerne frosset og vendt tilbage til Jorden for at studere deres genekspression.

Efter at fluerne vendte tilbage til Jorden, ombord på en SpaceX Dragon-kapsel, der sprøjtede ned i Stillehavet, blev fluerne bragt tilbage til Ames for yderligere analyse. Ved ankomsten arbejdede forskere i Ames døgnet rundt i to dage for at sortere fluerne og udføre adfærdsmæssige og biokemiske tests. De samme analyser blev kørt på et sæt fluer holdt på Jorden som et kontroleksperiment for at give en baseline til at sammenligne data fra "flyonauterne."

Denne undersøgelse var en af ​​de første af sin art til at tage en integreret tilgang til, hvordan rummiljøet påvirker nervesystemet. Forskere så på flueadfærden ved at observere bevægelser af fluer, når de bevægede sig rundt i deres habitat, ændringer på celleniveau i fluehjernen, hvordan genekspressionsmodifikationer påvirker nervesystemet og mere. Observerede ændringer kom i mange former, nogle lette at se blot ved at se på kameraerne inkluderet i MVP'ens rum, andre som krævede yderligere undersøgelser om tilbagevenden til Jorden. Den undersøgte adfærd omfattede flyveaktivitet og klatreevne ved tilbagevenden til Jorden. Fluer har en naturlig reaktion på at klatre op i deres container, når de bankes ned, og dette blev brugt som en test af deres evner efter flyvningen. Fluer i mikrotyngdekraft var mere aktive end dem i den kunstige jordtyngdekraft, men viste også vanskeligheder under denne klatretest efter at have vendt tilbage til Jorden.

Mere dybdegående analyse på jorden umiddelbart efter flyvning afslørede neurologiske ændringer i fluer udsat for mikrogravitation. Da fluerne vænnede sig til at være tilbage på Jorden efter deres rejse, ældes de fluer, der oplevede kunstig tyngdekraft i rummet, anderledes. De stod over for lignende, men mindre alvorlige udfordringer for fluerne, der var i mikrotyngdekraften.

Baner vejen for fremtidige studier

Resultaterne fra denne undersøgelse tyder på, at rumflyvning forårsager stress i fluens celler, der fører til negative adfærdsmæssige og neurologiske påvirkninger, samt ændringer i genekspression i fluehjernen. Brug af kunstig tyngdekraft kan dog give midlertidig lindring af de vanskeligheder, som mikrogravitation i rummet forårsager på nervesystemet hos en frugtflue, selvom der stadig er langsigtede helbredskomplikationer.

Fordi frugtfluer og mennesker er meget forskellige organismer, på trods af deres genetiske overlapninger, kan disse resultater ikke tale direkte til, hvad mennesker vil opleve i løbet af et helt liv i rummet - men det baner vejen for videnskabsfolk til at følge op, når de designer måder at beskytte astronauter på som de rejser til destinationer med en række forskellige tyngdekraftsniveauer i fremtiden.

"Med de kommende langvarige dybe rummissioner, hvor astronauter vil blive udsat for forskellige niveauer af tyngdekraft, er det bydende nødvendigt, at vi forstår virkningerne af ændret tyngdekraft på den neurologiske funktion," siger Dr. Siddhita Mhatre, en seniorforsker fra KBR Wyle hos Ames og en forfatter til det offentliggjorte papir. "Hvis vi kan bruge kunstig tyngdekraft til at forsinke rumrelaterede underskud, kan vi måske forlænge de fremtidige missions tidslinjer. Og fluer i rummet, sammen med astronauterne, vil hjælpe med at fremme vores indsats for at holde astronauterne sunde." + Udforsk yderligere

Australien har lige fløjet sin egen "brækkomet". Det er en stor sag for rumforskning uden tyngdekraft