Ruimtereizen naar de maan, Mars en verder kunnen astronauten blootstellen aan extreme omstandigheden, met mogelijke gezondheidsproblemen tot gevolg. Ter voorbereiding op toekomstige langdurige missies bestudeert NASA hoe de effecten van de ruimte - veranderingen in zwaartekracht, straling en meer - van invloed zijn op 'modelorganismen' of andere soorten leven die biologisch vergelijkbaar zijn met mensen. Nieuwe bevindingen van een onderzoek met fruitvliegen op het internationale ruimtestation ISS suggereren dat ruimtereizen een impact hebben op het centrale zenuwstelsel, maar dat kunstmatige zwaartekracht gedeeltelijke bescherming biedt tegen die veranderingen.

"Microzwaartekracht brengt risico's met zich mee voor het centrale zenuwstelsel, wat suggereert dat tegenmaatregelen nodig kunnen zijn voor langdurige ruimtereizen", zegt Dr. Janani Iyer, een projectwetenschapper van de Universities Space Research Association (USRA) bij het Ames Research Center van NASA in Silicon Valley in Californië en een auteur van het artikel dat vandaag is gepubliceerd in Cell Reports . "Terwijl we teruggaan naar de maan en naar Mars, zal het verminderen van de schadelijke effecten van microzwaartekracht de sleutel zijn om toekomstige ontdekkingsreizigers veilig te houden. Deze studie is een stap in de goede richting om de beschermende effecten van kunstmatige zwaartekracht in de ruimte te onderzoeken en te begrijpen de aanpassing aan de omstandigheden op aarde na terugkeer uit de ruimte."

Fruitvliegen zijn het ideale organisme voor dit soort onderzoek vanwege hun overeenkomsten met mensen. Er is een aanzienlijke mate van overlap tussen de cellulaire en moleculaire processen van vliegen en mensen. Bijna 75% van de genen die ziekten bij mensen veroorzaken, worden gedeeld door fruitvliegen, wat betekent dat hoe meer we leren over fruitvliegen, hoe meer informatie wetenschappers hebben om te onderzoeken hoe de ruimteomgeving de menselijke gezondheid kan beïnvloeden. Vliegen hebben ook een veel kortere levensduur - ongeveer twee maanden en reproduceren in twee weken. De drie weken die vliegen in de ruimte doorbrengen, komt overeen met ongeveer drie decennia van het leven van een mens, waardoor wetenschappers meer biologische informatie krijgen in een kortere tijdspanne.

De ernst van de situatie begrijpen

In deze studie stuurden wetenschappers vliegen naar het ruimtestation op een missie van een maand in een nieuw ontwikkeld stuk hardware genaamd het Multi-use Variable-gravity Platform (MVP), dat in staat is om vliegen op verschillende zwaartekrachtniveaus te huisvesten. De vliegen in deze hardware hadden toegang tot vers voedsel terwijl ze leefden en zich voortplantten. Door verschillende compartimenten te gebruiken, kon de MVP verschillende generaties vliegen scheiden. Op het ruimtestation ervoer een groep fruitvliegen microzwaartekracht vergelijkbaar met hun menselijke tegenhangers. Een andere groep werd blootgesteld aan kunstmatige zwaartekracht door de zwaartekracht van de aarde op het ruimtestation te simuleren met behulp van een centrifuge - een instrument dat draait om de zwaartekracht te simuleren. Terwijl ze zich op het ruimtestation bevonden, registreerden camera's in de hardware het gedrag van deze 'flyonauts'. Op verschillende tijdstippen werden sommige vliegen bevroren en teruggebracht naar de aarde om hun genexpressie te bestuderen.

Nadat de vliegen naar de aarde waren teruggekeerd, aan boord van een SpaceX Dragon-capsule die in de Stille Oceaan neerstortte, werden de vliegen teruggebracht naar Ames voor verdere analyse. Bij aankomst werkten wetenschappers van Ames twee dagen de klok rond om de vliegen te sorteren en gedrags- en biochemische tests uit te voeren. Dezelfde analyses werden uitgevoerd op een set vliegen die op aarde werden gehouden als een controle-experiment, om een ​​basislijn te bieden om de gegevens van de 'flyonauts' te vergelijken.

Deze studie was een van de eerste in zijn soort die een geïntegreerde benadering hanteerde van de invloed van de ruimteomgeving op het zenuwstelsel. Wetenschappers keken naar het vlieggedrag door de bewegingen van vliegen te observeren terwijl ze in hun leefgebied rondliepen, veranderingen op cellulair niveau in het vliegenbrein, hoe genexpressiemodificaties het zenuwstelsel beïnvloeden, en meer. Waargenomen veranderingen kwamen in vele vormen, sommige gemakkelijk te zien door simpelweg naar de camera's in de compartimenten van de MVP te kijken, andere die verdere studie vereisten over de terugkeer naar de aarde. Het bestudeerde gedrag omvatte vliegactiviteit tijdens de vlucht en klimvermogen bij terugkeer naar de aarde. Vliegen hebben een natuurlijke reactie om in hun container te klimmen wanneer ze worden aangetikt, en dit werd gebruikt als een test van hun capaciteiten na de vlucht. Vliegen in microzwaartekracht waren actiever dan die in de kunstmatige zwaartekracht van de aarde, maar vertoonden ook problemen tijdens deze klimtest nadat ze op aarde waren teruggekeerd.

Meer diepgaande analyse op de grond onmiddellijk na de vlucht onthulde neurologische veranderingen in vliegen die werden blootgesteld aan microzwaartekracht. Toen de vliegen gewend waren om na hun reis terug op aarde te zijn, werden de vliegen die kunstmatige zwaartekracht in de ruimte ervoeren anders ouder. Ze werden geconfronteerd met vergelijkbare maar minder ernstige uitdagingen voor de vliegen die zich in microzwaartekracht bevonden.

De weg vrijmaken voor toekomstige studies

De resultaten van deze studie suggereren dat ruimtevlucht stress veroorzaakt in de cellen van de vlieg die leidt tot negatieve gedrags- en neurologische effecten, evenals veranderingen in genexpressie in de vliegenhersenen. Het gebruik van kunstmatige zwaartekracht kan echter tijdelijke verlichting bieden voor de problemen die microzwaartekracht in de ruimte veroorzaakt op het zenuwstelsel van een fruitvlieg, zelfs als er op de lange termijn nog gezondheidscomplicaties zijn.

Omdat fruitvliegen en mensen heel verschillende organismen zijn, ondanks hun genetische overlap, kunnen deze resultaten niet rechtstreeks zeggen wat mensen gedurende hun hele leven in de ruimte zullen ervaren, maar het maakt de weg vrij voor wetenschappers om op te volgen bij het ontwerpen van manieren om astronauten te beschermen als ze reizen in de toekomst naar bestemmingen met verschillende zwaartekrachtniveaus.

"Met de komende langdurige ruimtemissies, waarbij astronauten worden blootgesteld aan verschillende niveaus van zwaartekracht, is het absoluut noodzakelijk dat we de effecten van veranderde zwaartekracht op de neurologische functie begrijpen", zegt Dr. Siddhita Mhatre, een senior wetenschapper van KBR Wyle. bij Ames en een auteur van het gepubliceerde artikel. "Als we kunstmatige zwaartekracht kunnen gebruiken om ruimtegerelateerde tekorten te vertragen, kunnen we misschien de toekomstige missietijdlijnen verlengen. En vliegen in de ruimte, samen met de astronauten, zal ons helpen onze inspanningen om astronauten gezond te houden, voort te zetten." + Verder verkennen

Australië heeft zojuist zijn eigen 'braakselkomeet' gevlogen. Het is een groot probleem voor ruimteonderzoek zonder zwaartekracht