Исследователи под руководством Центра открытий Аллена в Университете Тафтса стремились определить, как микрогравитация и микрогеомагнитные поля повлияют на рост и регенерацию плоских червей планарий (D. japonica) и сохранятся ли какие-либо изменения после того, как черви вернутся на Землю. Планарии часто используются для исследований из-за их замечательной способности к регенерации при ампутации частей тела. Знание того, что происходит с ними в космосе и по их возвращении на Землю, может привести к лучшему пониманию того, как физические силы влияют на форму тела и принятие клеточных решений.
«Во время регенерации, развития и подавления рака формирование рисунка тела подвержено влиянию физических сил, таких как электрические поля, магнитные поля, электромагнитные поля и другие биофизические факторы. Мы хотим узнать больше о том, как эти силы влияют на анатомию и поведение. и микробиология », — сказал автор-корреспондент статьи Майкл Левин, доктор философии, профессор биологии Ванневар Буш и директор Центра открытий Аллена в Тафтсе и Центра регенеративной биологии и биологии развития Тафтса.«По мере того, как люди превращаются в космический вид, важно, чтобы мы сделали вывод о влиянии космического полета на регенеративное здоровье ради медицины и будущего космических лабораторных исследований», — добавил Дзюнджи Морокума, научный сотрудник лаборатории Левина и первый автор статьи.10 января 2015 года исследователи запустили набор плоских червей в космос в рамках миссии SpaceX Commercial Resupply Service Mission 5. Плоских червей либо оставили целыми, либо ампутировали и запечатали в трубках, наполовину заполненных водой, а наполовину — воздухом.
Тем временем исследователи создали два набора контрольных червей. Один из них состоял из живых червей, запечатанных в родниковой воде так же, как и их космические собратья, и содержавшихся в темноте при 20 градусах Цельсия в течение того же времени. Эти черви использовались в качестве контроля для всех экспериментов, кроме масс-спектроскопического анализа.
После того, как вышедшие из космоса черви вернулись на Землю, исследователи подготовили вторую группу червей, которые затем подверглись тем же изменениям температуры, что и вышедшие из космоса черви. Этих червей использовали для масс-спектроскопического анализа.После пяти недель пребывания в космосе образцы оценивались сразу после их возвращения в течение 20 месяцев.
С помощью ряда поведенческих, микробиологических и морфологических тестов исследователи выявили ряд различий между космическими и земными червями.Самое удивительное, что исследователи обнаружили, что один из ампутированных фрагментов, отправленных в космос, регенерировал в редкого двуглавого червя.
За более чем 18 человеко-лет содержания колонии D. japonica, в которой обитает более 15 000 контрольных червей, только за последние пять лет исследователи Тафтса ни разу не наблюдали спонтанного возникновения двуглавости. Более того, когда исследователи ампутировали обе головы обнаруженному в космосе червю, безголовый средний фрагмент регенерировал в двуглавого червя, демонстрируя, что изменение плана тела, произошедшее у червя, было постоянным.Кроме того, целые черви, отправленные в космос, подверглись спонтанному делению — разделению тела на двух или более идентичных особей, в то время как их земные собратья — нет.
Однако исследователи отметили, что из-за различий в температурах, испытываемых космическими и земными червями, наблюдаемая разница может быть связана с разницей температур.По возвращении черви из групп космических путешествий и домоседов были перенесены в чашки Петри, содержащие свежую родниковую воду. В то время как домоседы вели себя нормально, 10 целых червей, которые провели время в космосе, свернулись клубочком, были частично парализованы и обездвижены, вернувшись в нормальное состояние через два часа.
Поведение предполагает, что черви изменили свое биологическое состояние, чтобы приспособиться к изменениям окружающей среды, происходящим в космосе, сильно реагируя на возвращение к нормальным водным условиям.Космические черви и черви контрольной группы также различались по своей реакции на свет.
Через двадцать месяцев после возвращения на Землю особи из каждой группы были помещены на арену, половина которой была освещена красным светом, который не может быть виден планариями, а половина из которых была освещена синим светом. Устройство автоматического анализа поведения показало, что космические черви проводят 70,5% времени в темноте, в то время как земные черви проводят 95,5% времени в темноте. Хотя разница в средних значениях предпочтения света не является статистически значимой из-за небольшого размера выборки, разница в дисперсии среди червей была заметной и значительной.Исследователи также проанализировали микробиом планарий и определили, что существует значительная разница между бактериальными сообществами космических червей по сравнению с контрольной группой.
Анализируя химический состав воды, в которой животные жили во время эксперимента, исследователи определили, что пребывание в космосе вызывает явные различия в метаболизме и / или секреции.Исследователи предупредили, что их эксперименты сталкиваются с рядом неизбежных ограничений. Для наземной контрольной группы было трудно сопоставить температуру, которую испытывали черви в космосе в течение всей миссии. В будущих миссиях будут использоваться данные из космоса в реальном времени для точной настройки температуры, которую испытывают органы управления на Земле.
Кроме того, не было воспроизведено напряжение от взлета и приводнения, хотя в будущих экспериментах это будет сделано. Кроме того, ампутация червей была произведена на Земле, что является требованием протоколов этой миссии.
В идеале это должно быть сделано на космической станции, и исследователи надеются, что астронавт МКС захочет проводить эти эксперименты на борту космической станции в будущем.Исследователи намерены в своей работе помочь установить протоколы для выполнения планарийных исследований в космосе, определив надлежащую логистику и условия для будущих миссий.