Per prepararsi alle future missioni di lunga durata, la NASA studia come il cambiamento di gravità e radiazioni nello spazio influiscono sugli organismi. I futuri viaggi verso la Luna e Marte possono esporre gli astronauti a condizioni estreme tali da causarne potenziali problemi di salute. Uno studio sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) ha utilizzato i moscerini della frutta come organismi modello. Le nuove scoperte hanno suggerito che i viaggi spaziali hanno un impatto sul sistema nervoso centrale e la gravità artificiale fornirebbe una protezione parziale contro questi cambiamenti.

Perché proprio i moscerini?

La chiave per mantenere al sicuro i futuri esploratori sarà quello di ridurre gli effetti dannosi della microgravità ed esplorare gli effetti protettivi della gravità artificiale nello spazio. I moscerini della frutta sono l’organismo ideale per iniziare questo tipo di ricerca data la loro somiglianza con l’uomo nella sovrapposizione tra i processi cellulari e molecolari. Quasi il 75% dei geni che causano malattie negli esseri umani sono condivisi dai moscerini della frutta. Più impariamo sui moscerini della frutta, più dobbiamo indagare su come l’ambiente spaziale possa avere un impatto sulla salute umana.

L’utilità sperimentale

La specie Drosophila melanogaster è all’ordine del giorno nei laboratori di ricerca genetica. Questo tipo di insetti si riproduce rapidamente così che molte generazioni possono essere studiate in breve tempo e il loro genoma è completamente mappato. I moscerini hanno anche una vita molto breve di circa due mesi e si riproducono in due settimane. Le tre settimane che le drosofile trascorrono nello spazio equivalgono a circa tre decenni della vita di un essere umano. Questo fornisce agli scienziati più informazioni biologiche in un arco di tempo più breve.

Moscerini e ISS: lo studio nello spazio

In una missione della durata di un mese, gli scienziati hanno inviato i moscerini sulla ISS attraverso un componente hardware di nuova concezione chiamato Multi-use Variable-gravity Platform (MVP). Il nuovo strumento è stato in grado ospitare gli insetti a diversi livelli di gravità. Con l’utilizzo di compartimenti distinti, l’MVP ha consentito così di separare diverse generazioni di moscerini.

Gli animali, all’interno di questo hardware, avevano accesso a cibo fresco mentre vivevano e si riproducevano.Un gruppo di moscerini ha sperimentato una microgravità simile alle loro controparti umane. Un altro gruppo è stato esposto invece alla gravità artificiale simulando la gravità terrestre sulla stazione spaziale utilizzando una centrifuga. Le telecamere dell’hardware hanno quindi registrato il comportamento degli insetti in diversi momenti.

I risultati

Questo studio è stato uno dei primi ad adottare un approccio integrato al modo in cui l’ambiente spaziale influisce sul sistema nervoso. Gli scienziati hanno esaminato i cambiamenti a livello cellulare nel cervello delle drosofile e come l”espressione genica influisce sul sistema nervoso. 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. Un’analisi condotta poi sulla Terra ha rivelato cambiamenti neurologici negli insetti esposti alla microgravità. I moscerini che avevano sperimentato la gravità artificiale nello spazio sono invecchiate in modo diverso affrontando sfide meno gravi di quelli in microgravità.

Conseguenze sul cervello

Dagli esperimenti è stato osservato che i maschi nati in μg erano più colpiti con deficit significativi nella capacità di arrampicata rispetto ai maschi terrestri. Una tendenza decrescente è stata osservata anche nelle femmine rispetto al rispettivo controllo terrestre. Inoltre, si è verificata una significativa diminuzione della capacità di arrampicata nei maschi SFμg rispetto alle femmine SFμg. I risultati di questo studio suggeriscono che il volo spaziale provoca stress nelle cellule, comportando impatti comportamentali e neurologici negativi. 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.

Uomo, moscerini e gravità

Con le imminenti missioni nello spazio profondo di lunga durata è fondamentale comprendere l’impatto della gravità alterata sulla funzione neurologica. Durante un viaggio su Marte, ad esempio, un esploratore percepirebbe diverse g durante il decollo, 0 – g durante la lunga crociera interplanetaria, molte altre g durante la discesa su Marte e 0,38 g durante la sua permanenza sul pianeta rosso. Nonostante uomo e moscerini abbiano sovrapposizioni genetiche, questi risultati non possono parlare direttamente di ciò che gli esseri umani sperimenteranno nel corso della vita nello spazio. Lo studio effettuato apre però la strada alla progettazione di sistemi di protezione per gli astronauti verso destinazioni con una varietà di livelli di gravità in futuro. La gravità artificiale può ritardare i deficit legati allo spazio ed estendere le future linee temporali delle missioni.