لبناء وجود مستدام خارج الأرض، سيتعين على البشر أولا الإجابة عن بعض الأسئلة الصعبة حول علم الأحياء الأساسي.
وتحقيقا لهذه الغاية، يجب أن يكون هناك فهم أفضل لكيفية تأثير المخاطر البيئية للفضاء على بيولوجيا خلايانا وأنسجتنا وأعضائنا وإدراكنا.
وبشكل حاسم بالنسبة لمستعمرات الفضاء المستقبلية، نحتاج إلى معرفة ما إذا كان بإمكاننا التكاثر بسهولة في بيئات غير أرضية.
ورغم أن تأثيرات الإشعاع على خلايانا، وتسببها في تلف الحمض النووي، موثقة جيدا، لكن الأمر الأقل وضوحا حتى الآن، هو كيف ستؤثر المستويات المنخفضة من الجاذبية، ما يسميه العلماء الجاذبية الصغرى، على الآليات والإيقاعات التي تحدث داخل خلايانا.
وبدأ العلماء للتو في التحقيق في كيفية تأثر النشاط في خلايانا بالتعرض للجاذبية الصغرى. وبشكل حاسم، ستساعدنا التجارب على الخلايا الجذعية الجنينية، ونماذج كيفية تطور الأجنة في الأسابيع القليلة الأولى في الفضاء، على تحديد ما إذا كان من الممكن للبشر إنتاج ذرية في المستعمرات خارج الكوكب في المستقبل.
التصور الكوني
ووقع تقييم القدرة على التكاثر في الفضاء في عدد قليل من الحيوانات، بما في ذلك الحشرات والبرمائيات والأسماك والزواحف والطيور والقوارض. ووجد العلماء أنه من الممكن بالتأكيد للكائنات الحية مثل الأسماك والضفادع، أن تنتج بيضا مخصبا أثناء رحلات الفضاء يمكنها العيش والتكاثر على الأرض.
ولكن الصورة أكثر تعقيدا في الثدييات، حيث وجدت دراسة أجريت على الفئران، على سبيل المثال، أن دورة الشبق، وهي جزء من الدورة التناسلية، تعطلت بسبب التعرض للجاذبية الصغرى.
كما وجدت دراسة أخرى أن التعرض للجاذبية الصغرى تسبب في تغيرات عصبية سلبية في الفئران. وافتراضيا، يمكن أيضا أن تنتقل هذه التأثيرات إلى الأجيال اللاحقة.
ويحدث هذا على الأرجح لأن خلايانا لم تتطور لتعمل في الجاذبية الصغرى، وإنما تطورت على مدى ملايين السنين على الأرض، في مجال الجاذبية الفريد.
وتُعد جاذبية الأرض جزءا مما يثبت ويمارس القوة الجسدية على أنسجتنا وخلايانا، ما يساعد على التحكم في حركات معينة داخل الخلايا، ودراسة هذا تسمى علم الأحياء الميكانيكية.
ويشار إلى أن انقسام الخلايا وحركة الجينات والكروموسومات داخلها، وهو أمر حاسم لنمو الجنين، يعمل أيضا مع قوة الجاذبية وضدها كما نعرفها على الأرض. ويترتب على ذلك أن الأنظمة التي تطورت لتعمل بشكل مثالي في جاذبية الأرض قد تتأثر عندما تتغير قوة الجاذبية.
موقف الجنين
عندما يبدأ الجنين في الانقسام لأول مرة، في عملية تسمى الانقسام، يمكن أن يكون معدل الانقسام أسرع في أحد طرفي الجنين عن الآخر. وتلعب الجاذبية دورا هنا، حيث تحدد موقع اللبنات الأولى في حياة الإنسان.
وتساعد الجاذبية أيضا في إنشاء مخطط الجسم الصحيح للجنين، ما يضمن نمو الخلايا الصحيحة في الأماكن الصحيحة بالأرقام الصحيحة وفي الاتجاه المكاني الصحيح.
وحقق العلماء في ما إذا كانت الخلايا الجذعية الجنينية، “متعددة القدرات” (يمكن أن تتطور إلى جميع خلايا الجسم)، تتأثر بالجاذبية الصغرى.
وفي الوقت الحاضر، هناك بعض الأدلة على أنه عندما تتعرض الخلايا الجذعية الجنينية للقوارض للجاذبية الصغرى، فقد تتأثر قدرتها على أن تصبح أنواع الخلايا المرغوبة.
كما يمكن أيضا إنتاج خلايا جذعية بشرية متعددة القدرات من الخلايا الطبيعية الناضجة في أجسامنا، والتي تسمى الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات.
ووقع دراسة هذا أيضا في ظل الجاذبية الصغرى، حيث وجدت التجارب على الأرض أن الخلايا الجذعية المستحثة تتكاثر بشكل أسرع في محاكاة الجاذبية الصغرى.
وتوجد دفعتان من هذه الخلايا الجذعية حاليا في محطة الفضاء الدولية لمعرفة ما إذا كان يمكن تكرار هذه النتائج في الفضاء.
وإذا تكاثرت الخلايا الجذعية البالغة بشكل أسرع في الفضاء، فقد تفتح الباب أمام مصنعي الخلايا الجذعية التجارية لإنتاج هذه الخلايا في المدار، نظرا لأنه من الصعب زراعة خلايا جذعية كافية على الأرض لعلاج الأمراض التنكسية بعلاجات الخلايا الجذعية.
مجال الجاذبية
إلى جانب العمليات الخلوية العادية، من غير الواضح أيضا كيف سيتأثر الإخصاب وإنتاج الهرمونات والرضاعة وحتى الولادة نفسها بالتعرض للجاذبية الصغرى.
ويبدو أن التعرض قصير المدى للجاذبية الصغرى، ربما لمدة نصف ساعة، ربما لن يكون له تأثير كبير على خلايانا. ولكن من المحتمل أن يكون للتعرض الأطول لأيام أو أسابيع تأثير. وهذا لا يأخذ في الاعتبار تأثير الإشعاع على خلايانا وحمضنا النووي، لكننا نعرف بالفعل كيفية الحماية من الإشعاع.
ويبحث العلماء في طريقتين للحماية من الآثار الضارة للجاذبية الصغرى على بيولوجيتنا: التدخل على المستوى الخلوي، واستخدام العقاقير أو تكنولوجيا النانو، والتدخل على المستوى البيئي، من خلال محاكاة جاذبية الأرض في المركبات الفضائية أو المستعمرات خارج الأرض، وكلا مجالي الدراسة في مراحلهما الأولى.
ومع ذلك، فإن دراسة الخلايا الجذعية في الفضاء توفر نافذة قيمة حول كيفية عمل الحمل أو عدم نجاحه، عندما نكون خارج مجال الجاذبية الأرضية.
وفي الوقت الحالي، قد يكون من حسن الطالع أولئك الذين حالفهم الحظ بالذهاب إلى الفضاء أن يتجنبوا محاولة الإنجاب قبل رحلة فضائية أو أثناءها أو بعدها مباشرة.
