Rymden är en fientlig, extrem miljö. Det är bara en tidsfråga innan vanliga människor utsätts för denna miljö, antingen genom att engagera sig i rymdturism eller genom att gå med i självförsörjande kolonier långt borta från jorden.

För detta ändamål måste det finnas en mycket bättre förståelse för hur miljöfarorna med rymden kommer att påverka biologin hos våra celler, vävnader, organ och kognition. Av avgörande betydelse för framtida rymdkolonier behöver vi veta om vi lätt kan föröka oss i andra miljöer än de som finns på jorden.

Effekterna av strålning på våra celler, vilket ger DNA-skador, är väl dokumenterade. Vad som är mindre tydligt är hur lägre gravitationsnivåer, vad forskare kallar mikrogravitation, kommer att påverka de mekanismer och rytmer som äger rum i våra celler.

Forskare har bara börjat undersöka hur aktiviteten i våra celler kan påverkas av exponering för mikrogravitation. Experiment på embryonala stamceller och modeller av hur embryon utvecklas under de första veckorna i rymden kommer att hjälpa oss att avgöra om det är möjligt för människor att producera avkomma i framtidens extraplanetära kolonier.

Kosmisk uppfattning

Förmågan att föröka sig i rymden har bedömts hos ett fåtal djur, inklusive insekter, amfibier, fiskar, reptiler, fåglar och gnagare. De har funnit att det verkligen är möjligt för organismer som fiskar, grodor och geckos att producera befruktade ägg under rymdfärd som kan leva och föröka sig på jorden.

Men bilden är mer komplicerad hos däggdjur. En studie av möss fann till exempel att deras brunstcykel, en del av reproduktionscykeln, stördes av exponering för mikrogravitation. En annan studie fann att exponering för mikrogravitation orsakade negativa neurologiska förändringar hos råttor. Hypotetiskt sett kan dessa effekter också överföras till efterföljande generationer.

Detta händer sannolikt eftersom våra celler inte utvecklades för att arbeta i mikrogravitation. De har utvecklats under miljontals år på jorden, i dess unika gravitationsfält. Jordens gravitation är en del av det som förankrar och utövar fysisk kraft på våra vävnader, våra celler och vårt intracellulära innehåll, vilket hjälper till att kontrollera specifika rörelser i celler. Studiet av detta kallas mekanobiologi.

Uppdelningen av celler och rörelsen av gener och kromosomer inom dem, som är avgörande för utvecklingen av ett foster, fungerar också med och mot tyngdkraften som vi känner den på jorden. Det följer att system som utvecklats för att fungera perfekt i jordens gravitation kan påverkas när gravitationskraften ändras.

Fosterställning

När ett embryo först börjar dela sig, i en process som kallas klyvning, kan delningshastigheten vara snabbare i ena änden av embryot än den andra. Gravitationen spelar här en roll, som bestämmer positionen för de allra första byggstenarna i ett mänskligt liv.

Tyngdkraften hjälper också till att fastställa rätt kroppsplan för ett foster, vilket säkerställer att rätt celler utvecklas på rätt ställen i rätt antal och i rätt rumslig orientering.

Forskare har undersökt om embryonala stamceller, som är "pluripotenta" och kan utvecklas till alla kroppens celler, påverkas av mikrogravitation. För närvarande finns det vissa bevis för att när gnagarembryonala stamceller utsätts för mikrogravitation, kan deras förmåga att bli de önskade celltyperna påverkas.

Det är också möjligt att producera pluripotenta mänskliga stamceller från normala mogna celler i våra kroppar, som kallas inducerade pluripotenta stamceller. Dessa har också studerats under mikrogravitation, med experiment på jorden som visar att inducerade stamceller sprider sig snabbare i simulerad mikrogravitation. Två partier av dessa stamceller finns för närvarande på den internationella rymdstationen för att se om dessa resultat kan replikeras i rymden.

Om vuxna stamceller sprider sig snabbare i rymden kan det öppna dörren för kommersiella stamcellstillverkare att producera dessa celler i omloppsbana, eftersom det är svårt att odla tillräckligt med stamceller på jorden för att behandla degenerativa sjukdomar med stamcellsterapier.

Gravitationsfält

Förutom normala cellulära processer är det också oklart hur befruktning, hormonproduktion, amning och till och med själva födseln kommer att påverkas av exponering för mikrogravitation.

Det verkar som att kortvarig exponering för mikrogravitation, kanske en halvtimme, förmodligen inte kommer att ha alltför stor effekt på våra celler. Men längre exponeringar på dagar eller veckor kommer sannolikt att ha effekt. Detta tar inte hänsyn till effekten av strålning på våra celler och DNA, men vi vet redan hur man skyddar mot strålning.

Forskare tittar på två sätt att skydda mot de negativa effekterna av mikrogravitation på vår biologi:intervention på cellnivå, med hjälp av droger eller nanoteknik, och intervention på miljönivå, genom att simulera jordens gravitation i rymdfarkoster eller kolonier utanför världen. Båda studieområdena är i ett tidigt skede.

Att studera stamceller i rymden ger ändå ett värdefullt fönster till hur graviditet kan fungera, eller inte fungera, när vi är utanför jordens gravitationsfält. För närvarande kan de som har turen att åka till rymden göra klokt i att undvika att försöka bli gravida före, under eller direkt efter en rymdfärd. + Utforska vidare

Utnyttja yttre rymden för att främja stamcellsvetenskap och medicin

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.