Theo kết quả của một nghiên cứu mới đây, những "chú chuột con không gian" khỏe mạnh đã được được sinh ra từ tinh trùng chuột đông lạnh bay quanh quỹ đạo hành tinh này trong gần sáu năm trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).
Đó là tin tốt vì bức xạ gây hại DNA trên ISS mạnh hơn trên Trái đất 100 lần. ISS là nơi vẫn được bảo vệ khỏi một số bức xạ bởi từ trường của hành tinh chúng ta, bức xạ thậm chí còn mạnh hơn khi vượt qua đó, đến không gian xa xôi.
Các tác giả nghiên cứu cho biết: “Điều rất quan trọng là phải kiểm tra tác động của bức xạ không gian không chỉ đối với các sinh vật sống mà còn đối với các thế hệ tương lai trước khi “thời đại không gian” đến. Bức xạ không gian có thể gây ra thiệt hại DNA cho các tế bào và lo ngại về sự di truyền của các đột biến ở thế hệ con trong không gian xa xôi."
Nếu tinh trùng của con người có khả năng chịu đựng tương tự tinh trùng chuột trong không gian và nếu Trái đất trở nên không thể sống được trong tương lai, thì tinh trùng đông khô có thể đóng một vai trò nào đó trong việc tái tạo các vùng sống ngoài không gian.
Tinh trùng được bảo quản trong không gian trong nhiều năm được tiêm vào tế bào trứng (Ảnh: Teruhiko Wakayama, Đại học Yamanashi)
Khi biến đổi khí hậu và tương lai tận thế tiềm ẩn thúc đẩy con người nhìn ra ngoài biên giới hành tinh của chúng ta, đến những hành tinh hoặc mặt trăng có thể sống được ngoài không gian, các nhà nghiên cứu đang cố gắng tìm hiểu liệu bức xạ không gian có làm hỏng DNA của động vật có vú và các loài động vật khác và khiến nó không thể sinh sản hay không.
Nhưng không có cách nào dễ dàng để nghiên cứu tác động lâu dài của bức xạ không gian đối với chất liệu sinh học, các nhà nghiên cứu cho biết. Rất khó để đưa động vật hoặc tế bào sống lên ISS, trung tâm vũ trụ gần nhất cho những nghiên cứu như vậy, vì những tế bào này cần được bảo trì liên tục.
Hầu hết các nghiên cứu về ảnh hưởng của bức xạ không gian không được thực hiện trong không gian mà là trong các điều kiện mô phỏng không gian. Đó là một thách thức vì bức xạ không gian bao gồm nhiều loại hạt năng lượng - chẳng hạn như gió mặt trời, tia vũ trụ mặt trời và tia vũ trụ thiên hà - không thể tái tạo trên Trái đất.
Phôi thai phát triển bình thường trong phòng thí nghiệm sau khi thụ tinh với tinh trùng được đông khô và bảo quản trong không gian. (Ảnh: Teruhiko Wakayama, Đại học Yamanashi)
Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã phát hiện ra một phương pháp mới để nghiên cứu bức xạ trên tinh trùng của động vật có vú. Các nhà nghiên cứu đã làm đông khô tinh trùng chuột, một kỹ thuật cho phép bảo quản tinh trùng ở nhiệt độ phòng trong hơn một năm.
Điều đó cho phép nhóm nghiên cứu phóng tinh trùng lên ISS mà không cần tủ đông. Theo bài báo, việc khử nước của tinh trùng cũng khiến chi phí đưa lên ISS thấp bằng cách sử dụng các ống "nhẹ và nhỏ" để lưu trữ tinh trùng.
Các tinh trùng được phóng lên ISS vào tháng 8 năm 2013, và khi chúng đến nơi, các phi hành gia đã cất chúng trong tủ đông ở nhiệt độ âm 95 độ C. Một số mẫu được trả lại sau chín tháng, một số sau hai năm chín tháng và mẫu cuối cùng quay lại sau 5 năm 10 tháng - đây là những mẫu sinh học lâu nhất đã được lưu giữ tại ISS.
Sau 9 tháng, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra thiệt hại đối với DNA của tinh trùng và nhân giao tử đực nhiều hơn một chút so với tinh trùng khỏe mạnh, nhưng tỷ lệ thụ tinh và tỷ lệ sinh tương tự nhau, họ đã báo cáo trong một bài báo xuất bản năm 2017 trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.
Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra phần còn lại của các mẫu tinh trùng, với mẫu lâu nhất là gần 6 năm. Họ đã sử dụng cái được gọi là "máy dò theo dõi hạt nhân bằng nhựa", một thiết bị được tạo thành từ các polyme nhạy cảm với các hạt mang điện và "máy đo liều lượng phát quang nhiệt", một thiết bị hấp thụ và giữ năng lượng bức xạ để tìm ra lượng bức xạ mà tinh trùng hấp thụ. Sau đó, họ kiểm tra số lượng DNA bị tổn thương trong nhân của tinh trùng.
Những con chuột con khỏe mạnh được sinh ra từ tinh trùng được bảo quản trong không gian. (Ảnh: Teruhiko Wakayama, Đại học Yamanashi)
Họ phát hiện ra rằng tinh trùng hấp thụ khoảng 0,61 milisievert (mSv) / ngày. Để so sánh, giới hạn của NASA đối với các phi hành gia tiếp xúc với bức xạ trong quỹ đạo thấp của Trái đất là khoảng 50 mSv / năm, hay 0,14 mSv / ngày, theo NASA. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng việc lưu trữ lâu dài trên ISS không làm tổn hại đáng kể đến DNA trong tinh trùng.
Sau khi bù nước cho tinh trùng, họ tiêm nó vào những chuột cái và thấy rằng những con chuột này sinh ra được 8 chuột con khỏe mạnh.
Các tác giả viết: “Cho đến nay, đây là phương pháp duy nhất được sử dụng để kiểm tra ảnh hưởng của bức xạ không gian đối với thế hệ tiếp theo.”
Các nhà nghiên cứu cũng chiếu tia X vào tinh trùng đông khô của chuột trên Trái đất và phát hiện ra rằng tinh trùng tiếp xúc với bức xạ như vậy vẫn có thể tạo ra những con chuột con khỏe mạnh. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng mặc dù có sự khác biệt về thiệt hại DNA do tia X gây ra so với bức xạ không gian, nhưng họ ước tính rằng tinh trùng chuột đông khô có thể được bảo quản trên ISS trong hơn 200 năm trước khi trở nên không thể sử dụng.
Tuy nhiên, vẫn chưa rõ kết quả sẽ như thế nào trên phôi người.
Các tinh trùng đông khô cho thấy khả năng chịu đựng bức xạ không gian mạnh mẽ. Các tác giả đưa ra giả thuyết rằng điều này có thể là do thiếu các phân tử nước bên trong các tế bào đông lạnh; Các nhà nghiên cứu viết rằng bức xạ được cho là gây ra tổn thương DNA thông qua các gốc tự do (free radical), được tạo ra khi các hạt năng lượng tương tác với các phân tử nước bên trong tế bào.
Trạm không gian ISS
Tuy nhiên, ISS không phải là một đại diện tuyệt vời cho vùng không gian xa hẳn bên ngoài khí quyển, vì nó vẫn quay quanh trong từ trường bảo vệ của Trái đất. Theo nghiên cứu, bức xạ hạt ion hóa dày đặc từ không gian xa xôi có thể gây ra nhiều tổn thương DNA hơn cho các tế bào. Họ viết rằng những thí nghiệm như vậy có thể được tái tạo trong, chẳng hạn như trạm không gian Lunar Orbital Platform-Gateway (Cổng Quỹ đạo Mặt Trăng) đã được lên kế hoạch của NASA.
Hơn nữa, nếu phương pháp này trở thành một cách đáng tin cậy để bảo quản tinh trùng hoặc tế bào mầm, "trong tương lai xa, kho chứa dưới lòng đất trên Mặt trăng có thể là một trong những nơi tốt nhất để bảo quản lâu dài hoặc vĩnh viễn vì nhiệt độ rất thấp của chúng, được bảo vệ khỏi bức xạ không gian bởi các lớp đá dày và cách ly hoàn toàn khỏi bất kỳ thảm họa nào trên Trái đất," các nhà nghiên cứu viết. "Những khám phá này rất cần thiết và quan trọng để nhân loại tiến vào kỷ nguyên không gian."
