Un primo piano di tre moscerini della frutta, utilizzati per la ricerca scientifica sia sulla Terra che nello spazio. Credito: NASA Ames Research Center/Dominic Hart
I viaggi nello spazio sulla luna, su Marte e oltre possono esporre gli astronauti a condizioni estreme, causando potenziali problemi di salute. Per prepararsi a future missioni di lunga durata, la NASA studia come gli effetti dello spazio - cambiamenti di gravità, radiazioni e altro - influiscono sugli "organismi modello" o su altri tipi di vita biologicamente simili agli umani. Nuove scoperte da uno studio che utilizza i moscerini della frutta sulla Stazione Spaziale Internazionale suggeriscono che i viaggi nello spazio hanno un impatto sul sistema nervoso centrale, ma che la gravità artificiale fornisce una protezione parziale contro questi cambiamenti.
"La microgravità pone rischi per il sistema nervoso centrale, suggerendo che potrebbero essere necessarie contromisure per i viaggi spaziali di lunga durata", ha affermato il dott. Janani Iyer, scienziato del progetto dell'University Space Research Association (USRA) presso l'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley in California e un autore del documento pubblicato oggi su Cell Reports . "Mentre ci avventuriamo di nuovo sulla luna e su Marte, ridurre gli effetti dannosi della microgravità sarà la chiave per mantenere al sicuro i futuri esploratori. Questo studio è un passo nella giusta direzione per esplorare gli effetti protettivi della gravità artificiale nello spazio e per comprendere l'adattamento alle condizioni della Terra dopo il ritorno dallo spazio."
I moscerini della frutta sono l'organismo ideale per questo tipo di ricerca per la loro somiglianza con l'uomo. C'è una notevole sovrapposizione tra i processi cellulari e molecolari delle mosche e degli esseri umani. Quasi il 75% dei geni che causano malattie negli esseri umani sono condivisi dai moscerini della frutta, il che significa che più impariamo sui moscerini della frutta, più gli scienziati devono indagare su come l'ambiente spaziale possa avere un impatto sulla salute umana. Le mosche hanno anche una durata della vita molto più breve, circa due mesi e si riproducono in due settimane. Le tre settimane che le mosche trascorrono nello spazio equivalgono a circa tre decenni della vita di un essere umano, fornendo agli scienziati più informazioni biologiche in un arco di tempo più breve.
Capire la gravità della situazione
In questo studio, gli scienziati hanno inviato mosche alla stazione spaziale in una missione di un mese in un componente hardware di nuova concezione chiamato Multi-use Variable-gravity Platform (MVP), in grado di ospitare mosche a diversi livelli di gravità. Le mosche in questo hardware avevano accesso a cibo fresco mentre vivevano e si riproducevano. Utilizzando compartimenti distinti, l'MVP ha consentito di separare diverse generazioni di mosche. Sulla stazione spaziale, un gruppo di moscerini della frutta ha sperimentato una microgravità simile alle loro controparti umane. Un altro gruppo è stato esposto alla gravità artificiale simulando la gravità terrestre sulla stazione spaziale utilizzando una centrifuga, uno strumento che ruota per simulare la gravità. Mentre si trovavano sulla stazione spaziale, le telecamere dell'hardware hanno registrato il comportamento di questi "volanonauti". In momenti diversi, alcune mosche sono state congelate e sono tornate sulla Terra per studiarne l'espressione genica.
Dopo che le mosche sono tornate sulla Terra, a bordo di una capsula SpaceX Dragon che è precipitata nell'Oceano Pacifico, le mosche sono state riportate ad Ames per ulteriori analisi. All'arrivo, gli scienziati dell'Ames hanno lavorato 24 ore su 24 per due giorni per smistare le mosche ed eseguire test comportamentali e biochimici. Le stesse analisi sono state eseguite su una serie di mosche tenute sulla Terra come esperimento di controllo, per fornire una base per confrontare i dati dei "flyonauts".
Questo studio è stato uno dei primi nel suo genere ad adottare un approccio integrato al modo in cui l'ambiente spaziale influisce sul sistema nervoso. Gli scienziati hanno esaminato il comportamento delle mosche osservando il movimento delle mosche mentre si spostavano nel loro habitat, i cambiamenti a livello cellulare nel cervello delle mosche, il modo in cui le modificazioni dell'espressione genica influiscono sul sistema nervoso e altro ancora. I cambiamenti osservati sono arrivati in molte forme, alcune facili da vedere semplicemente guardando le telecamere incluse negli scomparti dell'MVP, altre che hanno richiesto ulteriori studi sul ritorno sulla Terra. I comportamenti studiati includevano l'attività della mosca in volo e la capacità di arrampicata al ritorno sulla Terra. Le mosche hanno una risposta naturale per arrampicarsi sul loro contenitore quando vengono toccate, e questo è stato usato come test delle loro abilità dopo il volo. Le mosche in microgravità erano più attive di quelle nella gravità artificiale terrestre, ma hanno anche mostrato difficoltà durante questo test di arrampicata dopo il ritorno sulla Terra.
Un'analisi più approfondita a terra subito dopo il volo ha rivelato cambiamenti neurologici nelle mosche esposte alla microgravità. Quando le mosche si sono abituate a tornare sulla Terra dopo il loro viaggio, le mosche che hanno sperimentato la gravità artificiale nello spazio sono invecchiate in modo diverso. Hanno affrontato sfide simili ma meno gravi alle mosche che erano in condizioni di microgravità.
Aprire la strada agli studi futuri
I risultati di questo studio suggeriscono che il volo spaziale provoca stress nelle cellule della mosca che porta a impatti comportamentali e neurologici negativi, nonché cambiamenti nell'espressione genica nel cervello della mosca. Tuttavia, l'uso della gravità artificiale può fornire un sollievo temporaneo alle difficoltà che la microgravità nello spazio causa al sistema nervoso di un moscerino della frutta, anche se ci sono ancora complicazioni di salute a lungo termine.
Poiché i moscerini della frutta e gli esseri umani sono organismi molto diversi, nonostante le loro sovrapposizioni genetiche, questi risultati non possono parlare direttamente di ciò che gli esseri umani sperimenteranno nel corso della vita nello spazio, ma apre la strada agli scienziati da seguire quando progettano modi per proteggere gli astronauti mentre in futuro viaggiano verso destinazioni con una varietà di livelli di gravità.
"Con le imminenti missioni nello spazio profondo di lunga durata, in cui gli astronauti saranno esposti a vari livelli di gravità, è imperativo comprendere l'impatto della gravità alterata sulla funzione neurologica", ha affermato la dott.ssa Siddhita Mhatre, scienziato senior di KBR Wyle ad Ames e un autore dell'articolo pubblicato. "Se possiamo usare la gravità artificiale per ritardare i deficit legati allo spazio, forse possiamo estendere le linee temporali delle future missioni. E i voli nello spazio, insieme agli astronauti, aiuteranno a promuovere i nostri sforzi per mantenere gli astronauti in salute". + Esplora ulteriormente
