Rymdresor till månen, Mars och vidare kan utsätta astronauter för extrema förhållanden och orsaka potentiella hälsoproblem. För att förbereda sig för framtida långvariga uppdrag, studerar NASA hur effekterna av rymden – förändringar i gravitation, strålning och mer – påverkar "modellorganismer" eller andra typer av liv som liknar människor biologiskt. Nya fynd från en studie med fruktflugor på den internationella rymdstationen tyder på att rymdresor har en inverkan på det centrala nervsystemet, men att artificiell gravitation ger partiellt skydd mot dessa förändringar.

"Mikrogravitation utgör risker för det centrala nervsystemet, vilket tyder på att motåtgärder kan behövas för långvariga rymdresor", säger Dr. Janani Iyer, en Universities Space Research Association (USRA) projektforskare vid NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley och en författare på tidningen som publicerades idag i Cell Reports . "När vi vågar oss tillbaka till månen och vidare till Mars, kommer att minska de skadliga effekterna av mikrogravitation vara nyckeln till att hålla framtida upptäcktsresande säkra. Denna studie är ett steg i rätt riktning för att utforska de skyddande effekterna av artificiell gravitation i rymden och för att förstå anpassningen till jordens förhållanden efter att ha återvänt från rymden."

Fruktflugor är den idealiska organismen för denna typ av forskning på grund av deras likheter med människor. Det finns en betydande överlappning mellan de cellulära och molekylära processerna hos flugor och människor. Nästan 75 % av generna som orsakar sjukdomar hos människor delas av fruktflugor, vilket betyder att ju mer vi lär oss om fruktflugor, desto mer information har forskarna för att undersöka hur rymdmiljön kan påverka människors hälsa. Flugor har också mycket kortare livslängder - cirka två månader och förökar sig på två veckor. De tre veckorna som flugorna tillbringar i rymden motsvarar ungefär tre decennier av en människas liv, vilket ger forskare mer biologisk information på kortare tid.

Förstå allvaret i situationen

I denna studie skickade forskare flugor till rymdstationen på ett månadslångt uppdrag i en nyutvecklad maskinvara som kallas Multi-use Variable-gravity Platform (MVP), som kan hysa flugor på olika gravitationsnivåer. Flugorna i denna hårdvara hade tillgång till färsk mat när de levde och förökade sig. Genom att använda distinkta fack tillät MVP att olika generationer av flugor separerades. På rymdstationen upplevde en grupp fruktflugor mikrogravitation som liknar deras mänskliga motsvarigheter. En annan grupp exponerades för artificiell gravitation genom att simulera jordens gravitation på rymdstationen med hjälp av en centrifug – ett instrument som snurrar för att simulera gravitationen. Medan de var på rymdstationen registrerade kameror i hårdvaran beteendet hos dessa "flyonauter." Vid olika tidpunkter frystes några av flugorna och återvände till jorden för att studera deras genuttryck.

Efter att flugorna återvänt till jorden, ombord på en SpaceX Dragon-kapsel som stänkte ner i Stilla havet, fördes flugorna tillbaka till Ames för vidare analys. Vid ankomsten arbetade forskare vid Ames dygnet runt i två dagar för att sortera flugorna och utföra beteende- och biokemiska tester. Samma analyser kördes på en uppsättning flugor som hölls på jorden som ett kontrollexperiment, för att ge en baslinje för att jämföra data från "flygnauterna".

Denna studie var en av de första i sitt slag som tog ett integrerat synsätt på hur rymdmiljön påverkar nervsystemet. Forskare tittade på flugbeteendet genom att observera flugornas rörelser när de rörde sig i deras livsmiljö, förändringar på cellnivå i flughjärnan, hur modifieringar av genuttryck påverkar nervsystemet och mer. Observerade förändringar kom i många former, några lätta att se helt enkelt genom att titta på kamerorna som ingår i MVP:s fack, andra som krävde ytterligare studier om återkomsten till jorden. De beteenden som studerades inkluderade flugaktivitet och klättringsförmåga vid återkomst till jorden. Flugor har ett naturligt svar att klättra upp i sin behållare när de tappas ner, och detta användes som ett test på deras förmågor efter flygning. Flugor i mikrogravitation var mer aktiva än de i den artificiella jordens gravitation, men visade också svårigheter under detta klättertest efter att ha återvänt till jorden.

Mer djupgående analys på marken omedelbart efter flygning avslöjade neurologiska förändringar hos flugor som exponerades för mikrogravitation. När flugorna vände sig till att vara tillbaka på jorden efter sin resa åldrades flugorna som upplevde artificiell gravitation i rymden annorlunda. De mötte liknande men mindre allvarliga utmaningar för flugorna som var i mikrogravitation.

Bana väg för framtida studier

Resultaten från denna studie tyder på att rymdfärder orsakar stress i flugans celler som leder till negativa beteendemässiga och neurologiska effekter, såväl som förändringar i genuttrycket i flugans hjärna. Användning av artificiell gravitation kan dock ge tillfällig lindring av de svårigheter som mikrogravitation i rymden orsakar på nervsystemet hos en fruktfluga, även om det fortfarande finns långvariga hälsokomplikationer.

Eftersom fruktflugor och människor är väldigt olika organismer, trots deras genetiska överlappningar, kan dessa resultat inte tala direkt till vad människor kommer att uppleva under en livstid i rymden – men det banar väg för forskare att följa upp när de utformar sätt att skydda astronauter som de reser till destinationer med en mängd olika gravitationsnivåer i framtiden.

"Med de kommande långvariga djupa rymduppdragen, där astronauter kommer att exponeras för olika gravitationsnivåer, är det absolut nödvändigt att vi förstår effekterna av förändrad gravitation på den neurologiska funktionen", säger Dr. Siddhita Mhatre, seniorforskare vid KBR Wyle på Ames och en författare till den publicerade tidningen. "Om vi ​​kan använda artificiell gravitation för att fördröja rymdrelaterade underskott, kanske vi kan förlänga de framtida uppdragens tidslinjer. Och flugor i rymden, tillsammans med astronauterna, kommer att bidra till att främja våra ansträngningar för att hålla astronauterna friska." + Utforska vidare

Australien flög precis sin egen "kräkkomet". Det är en stor sak för rymdforskning med noll gravitation