Kunstig gravitasjon gir delvis beskyttelse for biologien i rommet

Romreiser til månen, Mars og utover kan utsette astronauter for ekstreme forhold, og forårsake potensielle helseproblemer. For å forberede seg på fremtidige langvarige oppdrag, studerer NASA hvordan virkningene av verdensrommet – endringer i tyngdekraften, stråling og mer – påvirker “modellorganismer” eller andre typer liv som er biologisk lik mennesker. Nye funn fra en studie med fruktfluer på den internasjonale romstasjonen tyder på at romfart har en innvirkning på sentralnervesystemet, men at kunstig tyngdekraft gir delvis beskyttelse mot disse endringene.

“Mikrogravitasjon utgjør en risiko for sentralnervesystemetnoe som tyder på at mottiltak kan være nødvendig for langvarig varighet romfart,” sa Dr. Janani Iyer, en Universities Space Research Association (USRA) prosjektforsker ved NASAs Ames Research Center i Californias Silicon Valley og en forfatter på papiret publisert i dag i Cellerapporter. “Når vi våger oss tilbake til månen og videre til Mars, vil det å redusere de skadelige effektene av mikrogravitasjon være nøkkelen til å holde fremtidige oppdagere trygge. Denne studien er et skritt i riktig retning for å utforske de beskyttende effektene av kunstig gravitasjon i rommet og for å forstå tilpasningen til jordforholdene etter retur fra verdensrommet.”

Fruktfluer er den ideelle organismen for denne typen forskning på grunn av deres likheter med mennesker. Det er en betydelig mengde overlapping mellom de cellulære og molekylære prosessene til fluer og mennesker. Nesten 75 % av genene som forårsaker sykdom hos mennesker deles av fruktfluer, noe som betyr at jo mer vi lærer om fruktfluer, jo mer informasjon har forskerne for å undersøke hvordan rommiljø kan påvirke menneskers helse. Fluer har også mye kortere levetid – omtrent to måneder og formerer seg på to uker. De tre ukene fluene tilbringer i verdensrommet tilsvarer omtrent tre tiår av et menneskes liv, og gir forskerne mer biologisk informasjon på kortere tid.

Forstå alvoret i situasjonen

I denne studien sendte forskere fluer til romstasjonen på et månedlangt oppdrag i en nyutviklet maskinvare kalt Multi-use Variable-gravity Platform (MVP), som er i stand til å huse fluer på forskjellige gravitasjonsnivåer. Fluene i denne maskinvaren hadde tilgang til fersk mat mens de levde og reproduserte seg. Ved å bruke distinkte rom tillot MVP å skille forskjellige generasjoner av fluer. På romstasjonen opplevde en gruppe fruktfluer mikrogravitasjon som ligner på deres menneskelige kolleger. En annen gruppe ble utsatt for kunstig tyngdekraft ved å simulere jordens tyngdekraft på romstasjonen ved hjelp av en sentrifuge – et instrument som snurrer for å simulere tyngdekraften. Mens de var på romstasjonen, registrerte kameraer i maskinvaren atferden til disse “flyonautene.” På forskjellige tidspunkter ble noen av fluene frosset og returnert til jorden for å studere deres genuttrykk.

Etter at fluene kom tilbake til jorden, ombord på en SpaceX Dragon-kapsel som sprutet ned i Stillehavet, ble fluene brakt tilbake til Ames for videre analyse. Ved ankomst jobbet forskerne ved Ames døgnet rundt i to dager for å sortere fluene og utføre atferdsmessige og biokjemiske tester. De samme analysene ble kjørt på et sett med fluer holdt på jorden som et kontrolleksperiment, for å gi en grunnlinje for å sammenligne dataene fra “flyonautene”.

Denne studien var en av de første i sitt slag som tok en integrert tilnærming til hvordan rommiljøet påvirker nervesystemet. Forskere så på flueatferden ved å observere fluenes bevegelser mens de beveget seg rundt i habitatet, endringer ved cellenivå i fluehjernen, hvordan modifikasjoner av genuttrykk påvirker nervesystemet og mer. Observerte endringer kom i mange former, noen enkle å se bare ved å se på kameraene som er inkludert i MVP-rommene, andre som krevde ytterligere studier om returen til jorden. Atferden som ble studert inkluderte flueaktivitet og klatreevne ved retur til jorden. Fluer har en naturlig respons på å klatre opp i beholderen når de tappes ned, og dette ble brukt som en test av evnene deres etter flyturen. Fluer i mikrogravitasjon var mer aktive enn de i den kunstige jordgravitasjonen, men viste også vanskeligheter under denne klatretesten etter at de kom tilbake til jorden.

Mer dyptgående analyse på bakken umiddelbart etter flyging avslørte nevrologiske endringer i fluer utsatt for mikrogravitasjon. Etter hvert som fluene akklimatiserte seg til å være tilbake på jorden etter reisen, ble fluene som opplevde kunstig tyngdekraft i verdensrommet annerledes. De møtte lignende, men mindre alvorlige utfordringer for fluene som var i mikrogravitasjon.

Baner vei for fremtidige studier

Resultatene fra denne studien tyder på at romfart forårsaker stress i fluens celler som fører til negative atferdsmessige og nevrologiske påvirkninger, samt endringer i genuttrykk i fluehjernen. Imidlertid kan bruk av kunstig tyngdekraft gi midlertidig lindring av vanskene mikrogravitasjon i rommet forårsaker på nervesystemet til en fruktflue, selv om det fortsatt er langsiktige helsekomplikasjoner.

Fordi fruktfluer og mennesker er svært forskjellige organismer, til tross for deres genetiske overlapping, kan disse resultatene ikke snakke direkte til hva mennesker vil oppleve i løpet av et liv i verdensrommet – men det baner vei for forskere å følge opp når de utformer måter å beskytte astronauter på når de reiser til destinasjoner med en rekke gravitasjonsnivåer i fremtiden.

“Med de kommende langvarige romfartsoppdragene, der astronauter vil bli utsatt for varierende gravitasjonsnivåer, er det viktig at vi forstår virkningene av endret gravitasjon på den nevrologiske funksjonen,” sa Dr. Siddhita Mhatre, seniorforsker fra KBR Wyle på Ames og en forfatter av det publiserte papiret. “Hvis vi kan bruke kunstig gravitasjon for å utsette romrelaterte underskudd, kanskje vi kan forlenge tidslinjene for fremtidige oppdrag. Og fluer i verdensrommet, sammen med astronautene, vil bidra til å fremme vår innsats for å holde astronautene friske.”

---

---