Обсуждение вопроса о покорении человечеством космического пространства неизбежно сталкивается со способностью людей к воспроизводству за пределами Земли. Однако до недавнего времени эта область оставалась практически неизученной. Это связано с тем, что исследования на орбите единичны и крайне дорогие, а главное — не позволяют изолировать эффект невесомости от сопутствующих факторов космического полета, таких как ионизирующая радиация и перегрузки при старте. Наземные же эксперименты долгое время страдали методологическими ограничениями.
Работа ученых из Университета Аделаиды (Австралия) позволила одновременно наблюдать за навигацией сперматозоидов в пространстве, имитирующем репродуктивную систему, и оценивать последствия для развития эмбриона. Результаты опубликовал журнал Communications Biology.
Ученые использовали 3D-клиностат — устройство, которое вращает образцы и тем самым нейтрализует действие гравитации. Его соединили с микроскопическими каналами, напоминающими по форме женские репродуктивные пути. Это позволило создать реалистичную модель, где сперматозоидам приходилось самостоятельно добираться до яйцеклетки. Опыты ставили на трех видах — человеке, мыши и свинье — в условиях, близких к клиническим, то есть с качественными средами, низким уровнем кислорода и строгим температурным режимом.
Авторы исследования выяснили, что микрогравитация действительно мешает. У человека и мыши заметно меньше сперматозоидов смогли преодолеть канал в отсутствие гравитации. При этом их подвижность, скорость и характер движений не изменились. Значит, гравитация нужна не для движения, а для правильной ориентации — она помогает сперматозоидам «держаться» нужного направления. Важно, что прогестерон — вещество, которое выделяет яйцеклетка — полностью исправлял эту проблему: сперматозоиды снова находили путь. Следовательно, химические сигналы могут заменить гравитацию.
Хотя добраться до цели удалось меньшему числу сперматозоидов, те, кто все же дошел, оказались более качественными. У человека они лучше связывались с оболочкой яйцеклетки, а у мышей и свиней эмбрионы из таких сперматозоидов имели больше клеток, из которых развивается плод.
Важную роль сыграло время. Если микрогравитация действовала только в момент оплодотворения, эмбрионы получались даже лучше обычных. Но если она продолжалась первые сутки после оплодотворения, последствия были серьезными. У мышей развитие замедлялось, клеток в эмбрионе становилось меньше, а клеток плода — тем более. У свиней даже короткое воздействие снижало шансы эмбриона дожить до нужной стадии.
Таким образом, отсутствие гравитации не только нарушает ориентацию сперматозоидов, но и действует как естественный фильтр, отбирая наиболее качественные из них, что в некоторых случаях приводит к формированию эмбрионов с повышенным потенциалом развития.