Space sperm being injected into mouse oocytes.

اسپرم فضایی در تخمک های موش تزریق می شود. تصویر: Teruhiko Wakayama ، دانشگاه یاماناشی

طولانی ترین آزمایش بیولوژیکی که تاکنون در ایستگاه فضایی بین المللی انجام شده است ، ماندگاری شگفت آور اسپرم های منجمد خشک موش را در معرض تابش فضا قرار داده است.

سال 2189 است. فقط چند ماه دیگر با راه اندازی Generation Starship Tycho سرعت آماده سازی به سرعت آغاز شده بود. مدیر عملیات پریشا تنگکو در حال نصب 10 محفظه رحم اگزوزوماتیک بود وقتی متوجه شد جعبه عجیبی در گوشه آزمایشگاه کرایوژن فرو رفته است ، متوجه شد. Tengku با کنجکاوی در مورد محتوای آن ، جعبه را بررسی کرد و 10 آمپول شیشه ای پر از یک ماده سفید پیدا کرد. لیبل ها ، این کپسول ها را به عنوان اسپرم های خشک شده یخ زده انسان که در سال 2038 آماده شده بود و از آن زمان در ایستگاه فضایی Lagrange2 Space III نگهداری می شد ، شناسایی کرد.

تنگکو فوراً وسوسه شد تا نمونه های 151 ساله را بیرون بیندازد. به نظر او هیچ راهی وجود ندارد که نطفه در معرض فضا برای مدت طولانی بتواند از آن اشعه زنده بماند. علاوه بر این ، نمونه های یخ زده در دمای اتاق و بدون پوشش محافظ خاصی ذخیره شدند. با این حال ، او هوشمندانه تصمیم گرفت ادبیات را بررسی کند تا ببیند آیا تاریخ انقضا برای این نوع موارد وجود دارد یا نه. در ادبیات علمی اخیر هیچ چیز به دست نیامده است ، بنابراین وی تحقیقات خود را گسترش داد و در نتیجه مقاله ای مبهم از سال 2021 کشف شد که در Science Advances ظاهر شد.

مقاله ، که توسط Teruhiko Wakayama از مرکز بیوتکنولوژی پیشرفته در دانشگاه یاماناشی در ژاپن تهیه شده است ، آزمایشی را توصیف می کند که در آن اسپرم های یخ زده موش زنده مانده است پس از گذراندن نزدیک به شش سال در داخل ایستگاه فضایی بین المللی. شناخته شده است که اشعه یونیزه کننده فضا به DNA سلول آسیب می رساند و جهش های وراثتی بالقوه مضر را ایجاد می کند. محققان با هدف تعیین تأثیرات طولانی مدت تابش فضایی بر روی اسپرم های پستانداران در ایستگاه فضایی بین المللی و چگونگی تأثیر این تماس در تولید مثل طبیعی تعیین شدند.

Tycho به فضای بین ستاره ای. با گودبرداری بیشتر ، Tengku در ژوئن 2021 مصاحبه ای با واكایاما یافت ، كه در آن او با خبرنگار علوم جیزمودو جورج دورسكی از طریق ایمیل نامه نوشت.

” صدها سال دیگر ، وقتی انسانها در سیاره دیگری زندگی می کنند ، مجبور خواهیم شد حیوانات اهلی مانند سگ و گربه را بیاوریم. ” “برای نگهداری از این گونه ها یا گونه ها ، ما مجبوریم حیوانات زیادی را بیاوریم تا از همجنس گری جلوگیری کنیم ، اما گران خواهد بود. با این حال ، اگر اسپرم خشک کننده یخ – و در صورت امکان تخمک همراه داشته باشید – می توانید چنین گونه هایی را بدون هزینه حمل و نقل حفظ کنید. ”

از نظر تئوری ، همین استراتژی می تواند در مورد انسان اعمال می شود ، اگر كاشفان فضایی آینده به روشی ایمن ، ارزان و مناسب برای ذخیره سازی اسپرم نیاز داشته باشند.

Mouse sperm were freeze-dried in glass ampoules and preserved on the ISS for 5 years and 10 months.

اسپرم موش در آمپول های شیشه به صورت یخ زده خشک شده و در ISS نگهداری می شود 5 سال و 10 ماه.
تصویر: Teruhiko Wakayama ، دانشگاه یاماناشی

مطالعه این نوع کارها آسان نیست ، زیرا ISS دارای فریزر و مخازن نیتروژن مایع است. به جای آن ، واكایاما و تیمش ایده یخ زدگی اسپرم را به عنوان یک جانشین جایگزین کنید ، زیرا این نمونه ها را می توان به راحتی در دمای اتاق ذخیره کرد و به توجه مداوم فضانوردان نیاز ندارند. نمونه های بدون محافظت سال ها روی ایستگاه فضایی می نشستند و تابش فضایی را به آرامی جذب می کردند. واکایاما توضیح داد ، فرآیند خشک شدن در یخ استفاده شده در مطالعه “فرآیند خشک کردن در یخ” ، مانند قهوه فوری یا میوه های خشک شده در یخ ، “

برای آزمایش ، نمونه های اسپرم یخ زده 12 موش در کپسول های کوچک و سبک به ISS حمل شدند. نمونه های یکسانی که به عنوان کنترل عمل می کردند ، در مرکز فضایی Tsukuba آژانس فضایی ژاپن تحت شرایط مشابه ذخیره می شدند ، فقط برای قرار گرفتن در معرض فضا.

در سال 2014 ، دقیقاً نه ماه پس از آن ، برخی از نمونه ها به زمین برگردانده شدند تا مشخص شود که این آزمایش کارایی دارد یا نه. دسته دیگری پس از دو سال و نه ماه و دسته نهایی پس از پنج سال و 10 ماه که در سال 2019 اتفاق افتاد به زمین برگردانده شد. این طولانی ترین آزمایش بیولوژیکی است که تاکنون در ISS انجام شده است.

بازگشت به زمین ، واكایاما و همكارانش اسپرم را مطالعه كردند و میزان تابش جذب شده نمونه ها را اندازه گیری كردند. آنها آزمایشاتی را انجام دادند تا ببینند آیا DNA موجود در هسته اسپرم صدمه ای وارد نکرده است یا خیر ، دریافتند که تابش اثر کمی دارد. جنین های تولید شده توسط سلول های اسپرم ریزه در مقایسه با گروه کنترل روی زمین از نظر کیفیت کمی پایین تر بودند ، اما به طرز شگفت انگیزی ، آنها به 168 موش بچه تبدیل شدند که همگی طبیعی به نظر می رسند. تجزیه و تحلیل بیشتر موشهای نوزادی با ابزار تعیین توالی RNA هیچ اختلالی در بیان ژنتیکی نشان نداد. برخی از این موش ها به بلوغ رسیده و قادر به تولید نوزادان سالم خود بودند.

Embryos cultured to demonstrate whether those embryos can develop normally. This image shows good quality 8-cell stage embryos derived from the space sperm.

جنین ها برای نشان دادن اینکه آیا این جنین ها می توانند به طور طبیعی رشد کنند ، کشت شده اند. این تصویر جنین های مرحله ای 8 سلولی با کیفیت خوب را نشان می دهد که از نطفه فضایی گرفته شده اند.
تصویر: Teruhiko Wakayama، University of Yamanashi

این تیم همچنین وكایاما گفت: یك آزمایش كنترل روی زمین انجام شد كه اسپرم یخ زده در معرض اشعه X قرار گرفت. این آزمایش نشان داد كه اسپرم یخ زده “در برابر اشعه تحمل زیادی دارد”. این نتیجه همراه با یافته های من وی با بیان آزمایش SS ، تیم را به این نتیجه رساند که “نطفه را می توان حداقل 200 سال در ISS حفظ کرد”.

با این آزمایش کامل است ، واکایاما در حال انجام آزمایش های مشابهی در ایستگاه فضایی Gateway پیشنهادی ماه ناسا است که قرار است در مدار ماه قرار بگیرد.

Healthy offspring, and even a subsequent generation of mice, were derived from the space sperm.

فرزندان سالم و حتي نسل بعدي موش ها مشتق شدند از اسپرم فضایی.
تصویر: Teruhiko Wakayama، University of Yamanashi

“در فضا ، دو محیط مختلف وجود دارد: یکی تابش فضایی و دیگری گرانش صفر … و ما می خواهیم بدانیم که آیا جنین های پستانداران می توانند تحت نیروی جاذبه صفر رشد کنند یا نه ، “وی افزود ، پیشنهاد این آزمایش در سال 2015 توسط ناسا و JAXA تأیید شد. وی خاطرنشان کرد که جنین موش منجمد در مراحل اولیه قرار است در آگوست 2021 به ISS پرتاب شود. ، که فضانوردان آب می شوند و فرهنگ تحت نیروی جاذبه صفر. وكایاما گفت كه “نمی تواند صبر كند” تا نتایج این آزمایش را ببیند.

تحقیقات او در مورد این موضوع به پایان رسید ، تنگکو بار دیگر نمونه های اسپرم یخ زده 151 ساله خود را در نظر گرفت. همانطور که مقاله قدیمی Science Advances عنوان کرده است ، آنها هنوز هم باید خوب باشند و حتی 50 سال دیگر دوام داشته باشند. چند دهه بعد ، هنگامی که G.S Tycho هنوز در مسیر سیاره فراخورشیدی Kepler-452b بود ، Tengku از این نمونه ها برای تولید Wallace Population خدمه استفاده کرد ، اما این داستان دیگری است.

بیشتر : اولین مطالعه دقیق نحوه رفتار موشها در فضا ، بزرگنمایی هماهنگ و عجیب را نشان می دهد.