علوم الفضاء: لماذا أرسلت الفئران والبيرة والحيوانات المنوية إلى المدار
12 أبريل 1961 يوري غاغارين أصبح أول شخص في التاريخ قام برحلة إلى الفضاء. بعد بضعة عقود ، أصبح الأمر لا يصدق تقريبًا - بدأ العالم يتحدث عن السياحة الفضائية. صحيح أنها لم تبدأ بسلاسة كبيرة: ففي عام 1986 ، كان أول سائح فضاء هو أن تصبح معلمة أمريكية ، كريستا مكوليف ، التي توفيت بعد 73 ثانية من إطلاق مكوك تشالنجر ، وفي الولايات المتحدة أصدرت قانونًا يحظر الرحلات غير المهنية إلى الفضاء. لكن العالم كان يتغير ، وتم تحسين طرق ضمان سلامة الركاب.
تمكن رجل الأعمال دينيس تيتو ، مؤسس شركة كانون ، مارك شاتلورث ، ومؤسس سينسورس غير المحدود ، غريغوري أولسن ، ومؤسس شركة بروديا سيستمز ، أنوش أنصاري ، أول امرأة بين سائحي الفضاء ، ورئيسة شركة إنتل للبرمجيات تشارلز سيموني (ومرتين) ، مطور ألعاب الكمبيوتر ريتشارد غاري ، وقد تمكنوا بالفعل من زيارة ISS وسيرك دو سولاي الرئيس التنفيذي جاي لاليبرت. ولا يمكن أن يفشل إطلاق سيارة Ilon Mask لسيارة Tesla مع دمية على متنها - خاصةً بالنظر إلى الإشارة الساخرة إلى روايات "The Hitchhiker Guide to the Galaxy" في شكل رسالة "لا داعي للذعر" على نظام الوسائط المتعددة.
كل هذا ، ومع ذلك ، لا يعني أن الإنسانية قد أخضعت الكون. لا يزال لدينا الكثير من المهام ، مثل خطط لاستعمار المريخ. والآن ، لا يفوت العلماء فرصة استخدام الفضاء لأغراضهم الخاصة. محطة الفضاء الدولية هي مختبر في المدار حيث يمكنك إجراء تجارب فريدة من نوعها. قد يكون ذلك مفيدًا لكل من رواد الفضاء والسكان المستقبليين للمريخ ، فالرحلة التي ، كما اتضح فيما بعد ، تشكل خطورة مضاعفة كما يعتقد الجميع. لكن حتى الآن يسمح على الأقل بتلقي البيانات الخاصة بالاكتشافات العلمية ، بما في ذلك الطبية.
رواد فضاء وتغيير الجينوم
سكوت ومارك كيلي هما رواد الفضاء الوحيدان المطابقان تمامًا في العالم (وهما توأمان متطابقان). على الأقل ، كان الأمر كذلك حتى قضى سكوت عامًا تقريبًا في ظروف انعدام الوزن. عادة ، "رواد" يعيشون على محطة الفضاء الدولية لمدة لا تزيد عن ستة أشهر ، ولكن تم إرسال سكوت كيلي عمدا إلى المحطة لفترة أطول - بحيث كانت التغييرات في جسمه أكثر وضوحا. بعد العودة ، قارن الباحثون أدائه بأخيه: اتضح أن ارتفاع سكوت زاد بنحو خمسة سنتيمترات. بالإضافة إلى ذلك ، انخفض وزن الجسم ، وتغيرت الميكروبيوم (مجموعة من الكائنات الحية الدقيقة) من الأمعاء بالكامل تقريبًا ، وخضع الجينوم ، وفقًا للتحليل الأولي ، لبعض التغييرات.
كل هذا سمح لمتخصصي ناسا بأن يذكروا أن بيئة الفضاء قد نشطت في جسم سكوت كيلي مجموعة من الجينات "الكونية" التي أثرت على المناعة ، وملامح أنسجة العظام ، والبصر ، والسمع وبعض المؤشرات الأخرى. على الرغم من حقيقة أن معظم التغييرات (على سبيل المثال ، النمو) بعد مرور بعض الوقت عادت إلى نقطة البداية ، تم إصلاح حوالي 7 ٪ من الجينات في الحالة الجديدة. يعتقد العلماء أن سبب ما يحدث يجب البحث عنه في "الإجهاد الكوني" - التأثير على الجسم من بيئة غير نمطية ، والتي ينظر إليها الجسم كتهديد ، والاستجابة لها وفقا لذلك.
تم تنشيط بيئة الفضاء في جسم سكوت كيلي مجموعة من الجينات "الكونية" التي أثرت على المناعة ، وملامح الأنسجة العظمية ، والرؤية ، والسمع
في الدراسات السابقة ، بالمناسبة ، لوحظ أن الرحلات الجوية إلى الفضاء بطريقة خاصة تؤثر على الدماغ ، مما يجعله أكثر ليونة عصبية. وفقًا للتجربة التي أجريت في جامعة ميشيغان ، انخفضت كمية المادة الرمادية في رواد الفضاء في بعض المناطق ، بينما زادت في المناطق الأخرى الأكثر احتياجًا في الوقت الحالي - على سبيل المثال ، في المناطق المسؤولة عن حركة الأطراف السفلية -.
في الوقت نفسه ، وجد فريق من العلماء من جامعة فلوريدا أن رواد الفضاء كانوا أكثر عرضة لخطر الإصابة بأمراض القلب عند السفر إلى القمر: استنادًا إلى البيانات التي تم الحصول عليها من المشاركين في برنامج Apollo من عام 1961 إلى عام 1972 ، وجدوا أن الإشعاع الكوني يسبب خمس مرات أكثر ضررا للقلب وأوعية رواد الفضاء "القمري" بالمقارنة مع رواد الفضاء الذين لم يطيروا أبدا إلى القمر.
الخنصر والدماغ: الفئران في الفضاء
ليس فقط الكحول والأطعمة الدسمة ، ولكن أيضا الرحلات الجوية إلى الفضاء تؤثر سلبا على حالة الكبد. تم التوصل إلى هذا الاستنتاج في عام 2011 من قبل باحثين من جامعة كولورادو ، الذين أرسلوا القوارض لأول مرة إلى الفضاء لمدة أسبوعين تقريبًا (أو بشكل أكثر دقة ، ثلاثة عشر ونصف يومًا) ، ثم نظروا في كيفية تغير أعضائهم بعد هذه الرحلة غير العادية. أظهر تحليل البيانات أن المشكلات الرئيسية كانت مرتبطة بالكبد: وجدت الحيوانات العلامات الأولية لمرض دهني غير كحولي. من الصعب للغاية تحديد السبب الدقيق في مثل هذه التجارب ، لكن العلماء اقترحوا أن الرحلة أدت إلى عمليات تثير تطور التليف (تكاثر الأنسجة الضامة).
فيما يتعلق الفئران المختبرية - رحلتهم إلى الفضاء للعلم الحديث هي من بين الأكثر أهمية. لا يمكن استنساخ التجارب على القوارض في البشر لأسباب أخلاقية - لكنها تساعد على فهم ما إذا كان جسم الإنسان قادرًا على مواجهة آثار الإشعاع الكوني القوي طويل الأمد الذي يمكن أن يسبب طفرات ، على سبيل المثال ، مما يؤدي إلى أورام خبيثة. لا يتم إرسال الفئران البالغة فقط إلى محطة الفضاء الدولية ، ولكن أيضًا أجنة الماوس المجمدة. بعد العودة إلى الأرض ، يتم إدخالها في الكائنات الحية للأمهات الماوس البديلة ، وفي ظل الظروف التقليدية ، يراقبون نمو وتطور الفئران.
في منتصف العام الماضي ، أعلن علماء كاليفورنيا عن عزمهم إرسال أربعين فئران إلى محطة الفضاء الدولية في وقت واحد لاختبار لقاح جديد لهشاشة العظام. يجب أن يحمي دواء تجريبي تم تطويره على أساس بروتين العظم NELL-1 أنسجة العظم من عظمي العظم - الخلايا التي تدمره. من المعروف منذ فترة طويلة أنه بعد خمسين عامًا ، يفقد الأشخاص معدل 0.5٪ من أنسجة العظام كل عام. ومع ذلك ، في ظل ظروف انعدام الوزن ، يتم تسريع هذه العملية. إذا نجحت الاختبارات ، فسوف يساعد اللقاح رواد الفضاء الذين يضطرون لقضاء أشهر في المدار و "أبناء الأرض" الذين يعانون من تلف العظام.
مصنع الجعة الفضاء
إن وفرة البحث حول مواضيع تبدو للوهلة الأولى غير علمية (على سبيل المثال ، العثور على سبب شم النساء لقمصان شركائهن) ، تساعد على الاعتقاد بأن العلوم ليست مملة بالضرورة. هذا صحيح بشكل خاص عندما يتعاون العلماء مع عشاق تذوق الطعام - أو في هذه الحالة - متحمسون للكحول. في عام 2017 ، أعلنت شركة التخمير التشيكية Budweiser أنها سترسل قريبًا بذور الشعير إلى محطة الفضاء الدولية. لماذا؟ لتصبح أول من يبدأ تخمير البيرة مباشرة في الفضاء.
بالطبع ، لم يكن بوسع الخمرون أن يفعلوا وحدهم. وانضموا إلى مركز تقدم علوم الفضاء ، ومدير المختبر الأمريكي في محطة الفضاء الدولية ، وشركة الفضاء تانجو الخاصة. من المزمع إرسال 20 بذرة من الشعير إلى المحطة الفضائية ، التي ستشارك في تجربتين على الأقل: الأولى ستدرس سلوك البذور في ظروف الجاذبية الصغرى (على سبيل المثال ، الجاذبية داخل المركبة الفضائية الموجودة ، على الرغم من أنها أضعف بكثير من الأرض) ، والثاني هو نمو الشعير في انعدام الوزن.
صحيح ، "قريبًا" في حالة التجارب الفضائية مفهوم فضفاض. لم يتضح بعد ما إذا كانت فكرة أصحاب بدويايزر ستتحقق أم لا. المشكلة هي أنه كان يجب تسليم البذور بالفعل إلى محطة الفضاء الدولية: من المخطط إطلاق صاروخ SpaceX CRS-13 معهم على متنه في 4 ديسمبر 2017 ، ثم في 8 أو 12 ديسمبر ، لكن الإطلاق تم تأجيله طوال الوقت. لم يتم بعد الإبلاغ عن معلومات حول هذه المشكلة ، لذلك من غير المرجح أن تبدأ الجعة الكونية في الطهي هذا العام.
الغذاء حسب القواعد وبدون
يعد النظام الغذائي الكامل والمتوازن أحد أهم المشكلات التي يواجهها رواد الفضاء أثناء الرحلات الطويلة. بالطبع ، يمكنك الاعتماد على "الأنابيب" المعروفة ، لكن العلماء لا يحاولون تطوير شيء أقرب ما يكون إلى النظام الغذائي للأرض. على متن محطة الفضاء الدولية ، تمكنا من زراعة الخس فقط ، لكن العمل على إنشاء قائمة أكثر تنوعًا لا يتوقف لمدة دقيقة.
في الآونة الأخيرة ، وبمساعدة من الزراعة المائية ، تمكنت مجموعة الأبحاث Neumayer Station III الألمانية في أنتاركتيكا من النمو ليس فقط للخسارة ، ولكن أيضًا في الفجل والخيار بدون إضاءة وتربة. وحتى إذا لم تكن أنتاركتيكا مساحة كبيرة ، فإن الظروف المناخية القاسية تجعل من الممكن إيجاد تقنيات لزراعة الخضروات (وعلى المدى الطويل ، الفواكه) التي ستكون قابلة للتطبيق على محطة الفضاء الدولية.
أما بالنسبة للحوم ، فقد حققت شركة Memphis Meats بعض النجاح في ذلك ، والتي "نمت" في معمل كرات اللحم ، لم يكن الطعم أدنى من المستوى التقليدي
أما بالنسبة للحوم ، فقد تحقق بعض النجاح في ذلك من خلال Memphis Meats ، التي "نمت" في معمل كرات اللحم ، من حيث الذوق ، وليس أقل من تلك التقليدية. ممثلو الشركة واثقون من أن إدخال منتجاتهم في النظام الغذائي للفضاء قد يحدث في السنوات الخمس المقبلة. من ناحية أخرى ، خلال هذه الفترة في Space10 ، مركز الابتكار ومختبر IKEA الخاص ، يمكنهم التعرف على كيفية إعادة إنشاء وجباتهم السريعة في المستقبل بدون خطورة ، بما في ذلك الكلاب الساخنة من سبيرولينا (الطحالب الخضراء المزرقة) وكرات اللحم الدودية ، لذلك لا تستحق Memphis Meats للاسترخاء.
يمكن لفريق من العلماء من جامعة بنسلفانيا التنافس على الحق في إطعام رواد الفضاء ، وقد توصلوا إلى كيفية تحويل النفايات إلى طعام. أثناء معالجة النفايات في نظام مغلق خاص ، تمكنوا من الحصول على ثقافة Methylococcus capsulatus ، 52 ٪ تتكون من البروتينات و 36 ٪ من الدهون ، والتي يمكن أن تكون مفيدة في الرحلات الطويلة وفي المحاولات المستقبلية لاستعمار الكواكب الأخرى.
الطفرات الكونية والمقاومة الأرضية
لماذا ترسل مستعمرات المكورات العنقودية إلى المحطة الفضائية الدولية؟ لا يبدو جواب السؤال واضحًا ، لكن رئيسة نانوبيوسيم ، أنيتا جويل ، التي تعرف وكالة ناسا عن ذلك ، تعرف بالتأكيد. ذهب "الركاب" الخطرون إلى الفضاء في 18 فبراير 2017 ، وكان الهدف من الحملة هو دراسة آليات طفرات هذه البكتيريا ، ونتيجة لذلك ، للحصول على معلومات من شأنها أن تساعد في تطوير العقاقير على الأرض.
من المهم أن تكون المكورات العنقودية الذهبية مقاومة للعديد من المضادات الحيوية ويمكن أن تسبب تعفن الدم والتهابات الدم والالتهاب الرئوي. في الدراسات السابقة ، نمت الفطريات أسرع تحت الجاذبية الصغرى ، واقترح غويل أن هذا يمكن أن يحدث مع البكتيريا التي تتحور بسرعة أكبر. من المفترض أن الطفرات التي لم نعد نعرفها بعد قد تظهر ، وهذا سيسمح لنا بالبدء في العمل على الأدوية المناسبة بينما لم تنشأ الحاجة إليها بعد - الأصوات على الأقل مشجعة.
الجنس وولادة الأطفال على سطح المريخ
إذا أخذنا الحديث عن استعمار المريخ كشيء حقيقي ، فسوف يطرح سؤال مهم للغاية: ماذا تفعل مع التكاثر؟ من المهم للغاية مراعاة تأثير الإشعاع الشمسي على خلايا الجنس ، وهو أقوى في الفضاء بمقدار مائة مرة من تأثيره على الأرض. عامل مهم آخر هو الجاذبية الصغرى ، والتي ، كما ذكر في عام 1988 ، يمكن أن تسرع حركة الحيوانات المنوية. ومع ذلك ، قبل ثلاثين عامًا ، لم يتمكن الباحثون من إثبات ما إذا كان هذا يؤثر على عملية الإخصاب.
تغير كل شيء في عام 2017 ، عندما أرسل العلماء اليابانيين عينات من الحيوانات المنوية المجمدة من الفئران التي تم تخزينها على محطة الفضاء الدولية لمدة تسعة أشهر في الفضاء. عندما تم إعادتهم إلى الأرض ، وإزالة الصقيع ، ثم استخدامها للتخصيب ، تبين أن الضرر ، رغم أنه كان ، كان ضئيلاً للغاية. ونتيجة لذلك ، ظهرت في وقت واحد تسعة فئران "فضاء" - طبيعية تمامًا ، دون وجود حالات شاذة في الجينوم أو التطور ، والتي كانت هي نفسها قادرة على الإخصاب ومنحت ذرية كاملة.
سمحت هذه التجربة بالقول إن الكون مناسب تمامًا لبيئة الإخصاب. شيء آخر هو أن الفئران ولدت على الأرض ، وتم تخزين الحيوانات المنوية على محطة الفضاء الدولية لفترة ليست طويلة - وإذا تغيرت هذه الظروف ، قد يصبح تعديل الجينوم أكثر أهمية. وفقا للباحثين ، فإنهم يخططون للتحقق من ذلك بمجرد أن تقدم الفرصة نفسها.
الصور:ناسا (1 ، 2 ، 3)
