Здатність людських і тваринних сперматозоїдів знаходити яйцеклітини погіршилася в умовах мікрогравітації, хоча їхня загальна рухливість залишалася нормальною. Свинячі та мишачі сперматозоїди після перебування в умовах мікрогравітації також мали менший шанс запліднити яйцеклітину так, щоб з неї розвинувся здоровий ембріон. Ці результати свідчать про те, що майбутні жителі баз на Місяці та Марсі можуть стикнутися з проблемами з фертильністю. Дослідження опублікували в журналі Communications Biology.
Чому сперматозоїди тестували в умовах мікрогравітації?
Пілотовані польоти в космос поступово стають більш поширеними — від космічного туризму до запланованих баз на Місяці та Марсі. Через це науковці посилено вивчають те, які зміни космічна радіація та відсутність гравітації можуть викликати в організмі живих істот. Щодо фертильності результати були неоднозначними: з одного боку, перебування в космосі пов’язували з гіршим виробленням статевих гормонів і навіть еректильною дисфункцією в пацюків, а з іншого — у мишачих ембріонів, які чотири дні провели на Міжнародній космічній станції, не виявили пошкоджень ДНК або порушення розвитку після повернення на Землю.
Ускладнювало дослідження й те, що проведення експериментів на Міжнародній космічній станції робить неможливим розділення ефектів мікрогравітації та космічної радіації. Попередні експерименти на павуках, які орієнтуються на гравітацію під час плетіння павутини, показали, що в умовах мікрогравітації павуки починають орієнтуватися на світло. Водночас невідомо, чи може така зміна орієнтирів відбуватися в процесах у людському організмі, які спираються на гравітацію, наприклад, правильному розташуванні клітин в ембріоні чи русі сперматозоїдів до яйцеклітини. Дослідити це вирішили австралійські науковці з Університету Аделаїди.
Що дізналися про поведінку сперматозоїдів у мікрогравітації?
Щоб дослідити саме вплив мікрогравітації, а не космічної радіації, на статеві клітини, науковці проводили експеримент на Землі, у кліностаті. Це апарат, який завдяки постійному обертанню нівелює вплив гравітації на об’єкт, і його часто використовують у дослідженнях мікрогравітації. Сперматозоїди людей, свиней і мишей поміщали в канали, які імітували будову жіночого статевого тракту, а потім оцінювали, скільки з них зможуть пройти до кінця тракту. Це важливо, адже успіх запліднення залежить не лише від рухливості сперматозоїдів, але й від їхньої здатності долати в’язке середовище вагіни та не втратити орієнтацію в матці.
У всіх трьох видів після перебування в мікрогравітації менше сперматозоїдів дійшли до кінця статевого тракту порівняно з тими сперматозоїдами, які були в умовах звичайної гравітації. Але коли науковці додали гормон прогестерон, який виділяє яйцеклітина, людські сперматозоїди краще долали такий цей шлях навіть після мікрогравітації. Він може допомогти подолати негативний вплив мікрогравітації на сперматозоїди, але безпечність такого підходу потрібно ще дослідити, адже науковці вводили прогестерон у концентрації, яка вдесятеро перевищувала ту, у якій яйцеклітина виділяє цей гормон.
Після чотирьох годин у мікрогравітації кількість запліднених яйцеклітин мишей зменшилася майже на третину порівняно з тими, запліднення яких відбувалося в умовах нормальної гравітації. Окрім цього, вплив мікрогравітації протягом 4-6 годин під час запліднення порушував формування бластоцист, тобто зародків на другій стадії розвитку, у свиней, а також розподіл клітин у бластоцистах мишей і свиней. Тривалий же вплив, протягом 24 годин, призводив до затримок у розвитку ембріона та меншої кількості клітин бластоцист мишей. Дослідники назвали два можливих механізми, за якими гравітація сприяє заплідненню: допомагає сперматозоїдам знаходити поверхню вагіни, вздовж якої вони рухаються до яйцеклітини, і впливає на взаємодії між клітинами вже безпосередньо в процесі запліднення.
Як дослідження повпливає на плани з колонізації Марса?
Хоча дослідники зафіксували порушення у формуванні свинячих і мишачих ембріонів під впливом мікрогравітації, багато зародків змогли нормально розвинутися до стадії бластоцисти. У майбутніх дослідженнях науковці зможуть перевірити, наскільки здоровими будуть народжені з таких зародків тварини, але наявність здорових зародків свідчить про здатність сперматозоїдів орієнтуватися на інші сигнали, окрім гравітації. Наприклад, для людей це міг би бути гормон прогестерон. Окрім цього, дослідники зафіксували, що сперматозоїди мишей і людей поводяться в умовах мікрогравітації подібним чином, тож на мишах зможуть випробовувати підходи до збільшення фертильності майбутніх поселенців на Місяці та Марсі.
Що мікрогравітація робить з організмом
🫀 Моделювання ефектів мікрогравітації показало, що польоти в космос можуть значно збільшувати тиск у лівому передсерді, що призведе до набряку легень у людей із вадами серця.
🤯 Вплив космічної радіації та мікрогравітації тимчасово зробив клітини нирок астронавтів крихкішими, що може загрожувати хворобами нирок під час тривалих подорожей.
🤾♀️ Зменшити зношування суглобів у колінах астронавтів на Місяці та Марсі через постійне перебування в мікрогравітації запропонували за допомогою вправ зі стрибками.
🐭 А на МКС на мишах уже випробували новий препарат, який збільшив м’язову та кісткову масу тварин попри те, що вони перебували в мікрогравітації.
😱 Тим часом, здається, люди не надто адаптовані й до земної гравітації, з чим пов’язують виникнення синдрому подразненого кишківника.