Gewichtloosheid beïnvloedt hoe onze cellen zich ontwikkelen en delen. MarcelClemens/Shutterstock
De ruimte is een vijandige, extreme omgeving. Het is slechts een kwestie van tijd voordat gewone mensen aan deze omgeving worden blootgesteld, hetzij door deel te nemen aan ruimtetoerisme, hetzij door zich aan te sluiten bij zichzelf in stand houdende kolonies ver van de aarde.
Om dit te bereiken moet er een veel beter begrip komen van hoe de omgevingsgevaren van de ruimte de biologie van onze cellen, weefsels, organen en cognitie zullen beïnvloeden. Van cruciaal belang voor toekomstige ruimtekolonies is dat we weten of we ons gemakkelijk kunnen voortplanten in andere omgevingen dan die op aarde.
De effecten van straling op onze cellen, waarbij DNA-schade ontstaat, zijn goed gedocumenteerd. Wat minder duidelijk is, is hoe lagere niveaus van zwaartekracht, wat wetenschappers microzwaartekracht noemen, van invloed zullen zijn op de mechanismen en ritmes die in onze cellen plaatsvinden.
Wetenschappers zijn nog maar net begonnen te onderzoeken hoe de activiteit in onze cellen kan worden beïnvloed door blootstelling aan microzwaartekracht. Van cruciaal belang is dat experimenten met embryonale stamcellen en modellen van de ontwikkeling van embryo’s tijdens de eerste weken in de ruimte ons zullen helpen bepalen of het voor mensen mogelijk is om nakomelingen te produceren in de buitenplanetaire kolonies van de toekomst.
Kosmische conceptie
Het vermogen om zich in de ruimte voort te planten is onderzocht bij een paar dieren, waaronder insecten, amfibieën, vissen, reptielen, vogels en knaagdieren. Zij hebben vastgesteld dat het zeker mogelijk is voor organismen zoals vissen, kikkers en gekko’s om tijdens een ruimtevlucht bevruchte eieren te produceren die op aarde kunnen leven en zich kunnen voortplanten.
Maar het plaatje is ingewikkelder bij zoogdieren. Uit een studie bij muizen bleek bijvoorbeeld dat hun oestrische cyclus, een deel van de voortplantingscyclus, werd verstoord door blootstelling aan microzwaartekracht. Uit een andere studie bleek dat blootstelling aan microzwaartekracht negatieve neurologische veranderingen veroorzaakte bij ratten. Hypothetisch gezien zouden deze effecten ook op volgende generaties kunnen worden overgedragen.
Dit gebeurt waarschijnlijk omdat onze cellen niet geëvolueerd zijn om in microzwaartekracht te werken. Ze zijn miljoenen jaren op Aarde geëvolueerd, in het unieke zwaartekrachtsveld van de Aarde. De zwaartekracht van de Aarde is een deel van wat onze weefsels, onze cellen en onze intracellulaire inhoud verankert en er fysieke kracht op uitoefent, wat helpt om specifieke bewegingen binnen cellen te controleren. De studie hiervan wordt mechanobiologie genoemd.
Cellen zijn bezig met microbiologische activiteit.
Christoph Burgstedt/Shutterstock
De deling van cellen en de beweging van genen en chromosomen daarbinnen, die cruciaal is voor de ontwikkeling van een foetus, werkt ook met en tegen de zwaartekracht zoals we die op aarde kennen. Hieruit volgt dat systemen die zijn ontwikkeld om perfect te werken in de zwaartekracht van de aarde, kunnen worden beïnvloed wanneer de zwaartekracht verandert.
Foetale positie
Wanneer een embryo zich voor het eerst begint te delen, in een proces dat splitsing wordt genoemd, kan de delingssnelheid aan het ene uiteinde van het embryo sneller zijn dan aan het andere uiteinde. De zwaartekracht speelt hierbij een rol en bepaalt de positie van de allereerste bouwstenen van een menselijk leven.
De zwaartekracht helpt ook om het juiste lichaamsplan van een foetus vast te stellen, zodat de juiste cellen zich op de juiste plaatsen in de juiste aantallen en in de juiste ruimtelijke oriëntatie ontwikkelen.
Onderzoekers hebben onderzocht of embryonale stamcellen, die “pluripotent” zijn en zich kunnen ontwikkelen tot alle cellen van het lichaam, worden beïnvloed door microzwaartekracht. Momenteel zijn er aanwijzingen dat wanneer embryonale stamcellen van knaagdieren aan microzwaartekracht worden blootgesteld, hun vermogen om de gewenste celtypes te worden, kan worden beïnvloed.
Het is ook mogelijk om pluripotente menselijke stamcellen te produceren uit normale rijpe cellen van ons lichaam, die geïnduceerde pluripotente stamcellen worden genoemd. Deze zijn ook bestudeerd onder microzwaartekracht, waarbij experimenten op aarde hebben uitgewezen dat geïnduceerde stamcellen sneller vermenigvuldigen bij gesimuleerde microzwaartekracht. Twee partijen van deze stamcellen bevinden zich momenteel in het internationale ruimtestation om na te gaan of deze resultaten in de ruimte kunnen worden gereproduceerd.
Het internationale ruimtestation is regelmatig gastheer voor wetenschappelijke experimenten.
Vadim Sadovski/Shutterstock
Als volwassen stamcellen zich inderdaad sneller vermenigvuldigen in de ruimte, zou dat de deur kunnen openen voor commerciële stamcelproducenten om deze cellen in een baan om de aarde te produceren, aangezien het moeilijk is om op aarde voldoende stamcellen te kweken om degeneratieve ziekten met stamceltherapieën te behandelen.
Zwaartekrachtveld
Naast normale celprocessen is het ook onduidelijk hoe bevruchting, hormoonproductie, borstvoeding en zelfs de geboorte zelf door blootstelling aan microzwaartekracht zullen worden beïnvloed.
Het lijkt erop dat kortdurende blootstelling aan microzwaartekracht, van misschien een half uur, waarschijnlijk niet al te veel effect zal hebben op onze cellen. Maar langere blootstelling van dagen of weken zal waarschijnlijk wel een effect hebben. Hierbij is geen rekening gehouden met het effect van straling op onze cellen en DNA, maar we weten al hoe we ons tegen straling kunnen beschermen.
Wetenschappers onderzoeken twee manieren om ons te beschermen tegen de nadelige effecten van microzwaartekracht op onze biologie: ingrijpen op cellulair niveau, met medicijnen of nanotechnologie, en ingrijpen op omgevingsniveau, door de zwaartekracht van de aarde te simuleren in ruimtetuigen of buitenwereldse kolonies. Beide studiegebieden bevinden zich nog in een vroeg stadium.
Toch biedt het bestuderen van stamcellen in de ruimte een waardevolle kijk op hoe zwangerschap zou kunnen werken, of niet zou werken, wanneer we ons buiten het zwaartekrachtsveld van de aarde bevinden. Voorlopig doen degenen die het geluk hebben naar de ruimte te gaan er goed aan geen pogingen te ondernemen om zwanger te worden voor, tijdens of direct na een ruimtevlucht.
De auteurs werken niet voor, consulteren, bezitten geen aandelen in of ontvangen geen financiering van een bedrijf of organisatie die baat zou hebben bij dit artikel, en hebben geen relevante affiliaties buiten hun academische aanstelling bekend gemaakt.
