Ciência espacial: por que ratos, cervejas e espermatozóides são enviados para órbita

12 de abril de 1961 Yuri Gagarin Ele se tornou a primeira pessoa na história a voar para o espaço. Algumas décadas depois, o incrível tornou-se quase trivial - o mundo começou a falar sobre o turismo espacial. É verdade que não começou muito bem: em 1986, a primeira turista espacial se tornou uma professora americana, Christa McAuliffe, que morreu 73 segundos após o lançamento do ônibus Challenger, e os EUA aprovaram uma lei proibindo vôos para o espaço para não profissionais. Mas o mundo estava mudando e as formas de garantir a segurança dos passageiros foram melhoradas.

O empresário Dennis Tito, fundador da Canonical, Mark Shuttleworth, fundador da Sensors Unlimited Gregory Olsen, fundador da Prodea Systems Anoushe Ansari, a primeira mulher entre turistas espaciais, diretor da Intellectual Software Corporation Charles Simony (e duas vezes), desenvolvedor de jogos Richard Garry, já conseguiu visitar a ISS e o executivo-chefe do Cirque du Soleil Guy Laliberte. E o lançamento de um carro Tesla com um boneco a bordo não pode deixar de impressionar - especialmente considerando a referência irônica aos romances “O Guia do Mochileiro das Galáxias” na forma da mensagem “Não entre em pânico” no sistema multimídia.

Tudo isso, no entanto, não significa que a humanidade tenha subjugado o cosmos. Ainda temos muitas tarefas, como planos para a colonização de Marte. E agora, os cientistas não perdem a oportunidade de usar o espaço para seus próprios propósitos. A Estação Espacial Internacional é um laboratório em órbita onde você pode realizar experimentos únicos. Isso poderia ser útil tanto para os astronautas quanto para os futuros habitantes de Marte, o vôo para o qual, como se viu, é duas vezes mais perigoso do que todos pensavam. Mas até agora permite pelo menos obter dados para descobertas científicas, incluindo médicas.

Astronautas gêmeos e alteração do genoma

Scott e Mark Kelly são os únicos cosmonautas absolutamente idênticos no mundo (eles são gêmeos idênticos). Pelo menos, isso foi até que Scott passou quase um ano em condições de ausência de peso. Normalmente, os astronautas "vivem" na ISS por não mais de seis meses, mas Scott Kelly foi intencionalmente enviado para a estação por um período mais longo - de modo que as mudanças em seu corpo seriam mais perceptíveis. Após o retorno, os pesquisadores compararam seu desempenho com seu irmão: descobriu-se que a altura de Scott aumentou em quase cinco centímetros. Além disso, o seu peso corporal diminuiu, o microbioma (um conjunto de microrganismos) do intestino mudou quase completamente e o genoma, de acordo com uma análise preliminar, sofreu algumas alterações.

Tudo isso permitiu aos especialistas da NASA afirmar que o ambiente espacial ativou no corpo de Scott Kelly um grupo de genes "cósmicos" que afetavam a imunidade, características do tecido ósseo, visão, audição e alguns outros indicadores. Apesar do fato de que a maioria das mudanças (por exemplo, crescimento) após algum tempo retornou ao ponto de partida, cerca de 7% dos genes foram fixados no novo estado. Os cientistas acreditam que a causa do que está acontecendo deve ser buscada no "estresse cósmico" - o impacto no corpo de um ambiente atípico, que o corpo percebe como uma ameaça, respondendo a isso de acordo.

O ambiente espacial ativou no corpo de Scott Kelly um grupo de genes "cósmicos" que afetavam a imunidade, características do tecido ósseo, visão, audição

Em estudos anteriores, a propósito, notou-se que os vôos para o espaço de uma maneira especial afetam o cérebro, tornando-o mais neuroplástico. De acordo com um experimento realizado na Universidade de Michigan, a quantidade de massa cinzenta nos astronautas diminuiu em algumas áreas, enquanto em outras que eram mais necessárias no momento - por exemplo, nas zonas responsáveis ​​pelo movimento dos membros inferiores - aumentou.

Ao mesmo tempo, uma equipe de cientistas da Universidade da Flórida descobriu que os astronautas tinham um risco maior de problemas cardíacos quando viajavam para a Lua: com base em dados obtidos de participantes da Apollo de 1961 a 1972, eles descobriram que a radiação cósmica causa cinco vezes mais danos ao coração e vasos dos astronautas "lunares" em comparação com os astronautas que nunca voaram para a lua.

Mindinho e Cérebro: ratos no espaço

O estado do fígado é afetado negativamente não apenas pelo álcool e pelos alimentos gordurosos, mas também pelos vôos para o espaço. Esta conclusão foi feita em 2011 por pesquisadores da Universidade do Colorado, que primeiro enviaram os roedores ao espaço por quase duas semanas (ou, mais precisamente, treze dias e meio), e então analisaram como seus órgãos mudaram após essa jornada incomum. A análise dos dados mostrou que os principais problemas estavam associados ao fígado: os animais encontraram os sinais iniciais de doença gordurosa não alcoólica. É bastante difícil estabelecer a causa exata em tais experimentos, mas cientistas sugeriram que o vôo desencadeou processos que provocam o desenvolvimento de fibrose (proliferação de tecido conjuntivo).

No que diz respeito aos ratos de laboratório - sua jornada ao espaço para a ciência moderna estão entre os mais importantes. Experimentos com roedores não podem ser replicados em humanos por razões éticas - mas ajudam a entender se o corpo humano pode lidar com os efeitos de uma poderosa radiação cósmica de longa duração que pode causar mutações, por exemplo, levando a tumores malignos. Não apenas ratos adultos são enviados para a ISS, mas também embriões de camundongos congelados. Depois de retornar à Terra, eles são introduzidos nos organismos de mães substitutas de camundongos e, sob condições tradicionais, estão observando o crescimento e desenvolvimento de camundongos.

Em meados do ano passado, cientistas californianos anunciaram sua intenção de enviar 40 camundongos à ISS para testar uma nova vacina contra osteoporose. Uma droga experimental desenvolvida com base na proteína óssea NELL-1 deve proteger o tecido ósseo dos osteoclastos - as células que o destroem. Há muito se sabe que, depois de cinquenta anos, as pessoas perdem uma média de 0,5% de tecido ósseo a cada ano. No entanto, sob condições sem peso, esse processo é acelerado. Se os testes forem bem sucedidos, a vacina ajudará tanto os astronautas que são obrigados a passar meses em órbita quanto os "terráqueos" que enfrentam danos nos ossos.

Cervejaria Espacial

A abundância de pesquisas sobre temas que parecem não científicos à primeira vista (por exemplo, encontrar a razão pela qual as mulheres cheiram as camisas de seus parceiros) ajuda a acreditar que a ciência não é necessariamente entediante. Isto é especialmente verdadeiro quando os cientistas se unem a entusiastas gastronômicos - ou, neste caso, alcoólatras. Em 2017, a cervejaria checa Budweiser anunciou que em breve enviaria sementes de cevada para a ISS. Por quê? Para se tornar o primeiro a começar a fazer cerveja no espaço certo.

Claro, os cervejeiros não poderiam ter feito sozinhos por conta própria. Eles uniram forças com o Centro para o Avanço da Ciência Espacial, o gerente do laboratório americano na ISS e a empresa privada Space Tango. Vinte sementes de cevada estão planejadas para serem enviadas à estação espacial, que participará de pelo menos dois experimentos: o primeiro estudará o comportamento das sementes em condições de microgravidade (isto é, gravidade dentro da espaçonave, que está presente, embora muito mais fraca que na Terra), o segundo é o crescimento da cevada na ausência de peso.

Verdade, "em breve" no caso de experimentos espaciais é um conceito solto. Ainda não está claro se a ideia dos proprietários da Budweiser se tornará realidade. O problema é que as sementes já deveriam ter sido entregues à ISS: o foguete SpaceX CRS-13 a bordo planeja começar em 4 de dezembro de 2017, depois em 8 ou 12 de dezembro, mas o lançamento foi adiado o tempo todo. Informações sobre esta questão ainda não foram divulgadas, de modo que é improvável que a cerveja cósmica comece a cozinhar este ano.

Alimentos pelas regras e sem

Uma dieta completa e equilibrada é um dos problemas mais importantes para os astronautas durante vôos longos. Claro, você pode confiar nos conhecidos "tubos", mas os cientistas não desistem de tentar desenvolver algo o mais próximo possível da dieta da Terra. A bordo da ISS, conseguimos cultivar apenas alface, mas trabalhar na criação de um menu mais diversificado não pára por um minuto.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores da Estação Alemã Neumayer III na Antártida, usando hidroponia, conseguiu cultivar não apenas alface, mas também rabanetes e pepinos sem luz e solo. E mesmo que a Antártida não seja exatamente espacial, as condições climáticas adversas tornam possível desenvolver tecnologias para o cultivo de hortaliças (e, no futuro, frutas) que serão aplicáveis ​​à ISS.

No que diz respeito à carne, Memphis Meats conseguiu algum sucesso nisso: “cresceu” no laboratório de almôndegas, que no gosto não cede aos tradicionais

Quanto à carne, algum sucesso nisso foi conseguido pela Memphis Meats, que tinha “crescido” no laboratório de almôndegas, de bom gosto, não inferior aos tradicionais. Representantes da empresa estão confiantes de que a introdução de seus produtos na dieta espacial poderá ocorrer nos próximos cinco anos. Por outro lado, durante este tempo no Space10, o centro de inovação e o laboratório especial da IKEA, eles podem imaginar como recriar seu fast food do futuro em gravidade zero, incluindo cachorros-quentes de spirulina e almôndegas de vermes, então Memphis Meats não vale a pena para relaxar.

Uma equipe de cientistas da Universidade da Pensilvânia também pode competir pelo direito de alimentar os astronautas, que descobriram como transformar resíduos em alimentos. No processo de processamento de resíduos em um sistema fechado especial, eles conseguiram obter uma cultura de Methylococcus capsulatus, 52% consistindo de proteínas e 36% de gordura, o que pode ser útil em vôos longos e em futuras tentativas de colonizar outros planetas.

Mutações cósmicas e resistência terrestre

Por que enviar colônias de staphylococcus colônia para a ISS? A resposta para a pergunta não parece óbvia, mas a chefe da Nanobiosym Anita Goelle, que perguntou à NASA sobre isso, sabe com certeza. Perigosos "passageiros" foram para o espaço em 18 de fevereiro de 2017, e o objetivo da campanha era estudar os mecanismos de mutações dessas bactérias e, como resultado, obter informações que ajudariam no desenvolvimento de drogas na Terra.

É importante que o Staphylococcus aureus seja resistente a muitos antibióticos e possa causar sépsis, infecções sanguíneas e pneumonia. Em estudos anteriores, os fungos cresceram mais rapidamente sob a microgravidade, e Goelle sugeriu que isso poderia acontecer com bactérias que sofrem mutações mais rapidamente. Supõe-se que as mutações com as quais ainda não estamos familiarizados possam aparecer, e isso nos permitirá começar a trabalhar com medicamentos adequados enquanto a necessidade deles ainda não surgiu - parece pelo menos encorajadora.

Sexo e o nascimento de crianças em Marte

Se tomarmos a conversa sobre a colonização de Marte como algo real, surge uma questão muito importante: o que fazer com a reprodução? É muito importante levar em conta o efeito sobre as células germinativas da radiação solar, que é cem vezes mais forte no espaço do que na Terra. Outro fator importante é a microgravidade, que, como mencionado em 1988, pode acelerar o movimento dos espermatozóides. No entanto, trinta anos atrás, os pesquisadores não conseguiram estabelecer se isso afeta o processo de fertilização.

Tudo mudou em 2017, quando cientistas japoneses enviaram amostras congeladas de espermatozóides de ratos que foram armazenados na ISS por nove meses no espaço. Quando eles foram devolvidos ao solo, descongelados e usados ​​para fertilização, descobriu-se que o dano, embora fosse, era mínimo. Como resultado, nove camundongos "espaciais" apareceram ao mesmo tempo - bastante normais, sem anomalias no genoma ou no desenvolvimento, que eram capazes de fertilização e geravam descendentes crescidos.

Este experimento permitiu dizer que o cosmos é bastante adequado para o ambiente de fertilização. Outra coisa é que os ratos nasceram na Terra, e os espermatozóides foram armazenados na ISS por não muito tempo - e se essas condições mudarem, a modificação do genoma pode se tornar mais significativa. Segundo os pesquisadores, eles planejam verificar isso assim que a oportunidade se apresentar.

Fotos:NASA (1, 2, 3)