Освоение космоса зашло достаточно далеко: люди устраивают длительные экспедиции на МКС, планируют космические путешествия, готовятся к полетам на Марс и присматриваются к планетам, которые можно приспособить для жизни. Но способность человека продолжать род в космических условиях до сих пор изучена мало. О том, какие этические и технические причины этому мешают, в лекции проекта «Секспросвет» рассказали планетолог-вулканолог Георгий Махатадзе и физиолог-эндокринолог Надежда Павлова. T&P публикуют самое интересное из их разговора, посвященного сексу, беременности и рождению ребенка в космосе.

Георгий Махатадзе

планетолог-вулканолог, магистрант геологического факультета МГУ, сотрудник ГЕОХИ РАН

Надежда Павлова

физиолог-эндокринолог, аспирантка биологического факультета МГУ

Теория

Георгий Махатадзе: Причины, по которым эта проблема довольно слабо изучена, можно объединить в две группы: технические и этические. С точки зрения техники изучать этот вопрос сложно, потому что для этого нужны эксперименты. Работа Международной космической станции, одного из крупнейших международных проектов, требует от мира больших усилий, поскольку проект очень дорогой. В постоянный набор астронавтов на МКС входят шесть человек, в нынешней экспедиции все они мужчины. Астронавты поддерживают станцию в рабочем состоянии, чтобы она не взорвалась и не упала, а еще там проходит куча исследований, например по физике и биологии. Кроме того, в принципе непонятно, можно ли сейчас летать в космос надолго, не говоря о том, чтобы там размножаться.

Вторая проблема — этическая. Как и в любом вопросе, касающемся человека, особенно детей, здесь много вещей, которые делать просто нельзя — скажем, ставить эксперименты на эмбрионах или создавать генно-модифицированных младенцев, и много моментов по крайней мере спорных. Кроме того, мы не можем просто взять и отправить людей в космос, зная, что дети, которые там появятся, погибнут. Это не по-человечески.

Надежда Павлова: Процесс размножения человека долгий, многостадийный, но в нем можно выделить четыре основных критических момента. Первый — гаметогенез, то есть образование половых клеток. Следующий — половой акт, для которого нужны мужчина и женщина. Третий момент — оплодотворение. И затем — внутриутробное развитие, роды и дальнейшее развитие организма.

Махатадзе: Можно выделить три группы факторов, которые могут помешать этому процессу в космосе. Один из них — одиночество в широком смысле. Во-первых, если астронавтов на МКС шесть, то человек находится год в окружении пяти людей. Ни с кем другим он почти не общается, только по радио или скайпу, что психологически очень тяжело. Соответственно, это привносит какой-то стресс, влияет на гормональный фон. Во-вторых, МКС — это такая консервная банка с очень тонкими стенками, которая летает непонятно где. Она очень тесная, в ней чересчур уютно, она защищает человека от безграничного пространства. Даже если он захочет вырваться из этой тесноты, наденет скафандр и выйдет в открытый космос, он окажется в диаметрально противоположной ситуации, далеко не комфортной, когда ты один, а вокруг — буквально ничего, только веревочка, которая связывает тебя с твоей консервной банкой.

Вторая и третья группы факторов — это космическая радиация и невесомость, или микрогравитация.

Павлова: Половые клетки человека, сперматозоиды и яйцеклетки, образуются посредством деления, которое отличается от деления других клеток в организме. В этом процессе, который называется мейоз, больше стадий. По многим исследованиям известно, что во время деления клетки более уязвимы к различному излучению, в том числе к радиации. Здесь есть небольшая гендерная специфика. Наверное, многим из вас известно, что женщина рождается с заложенным количеством яйцеклеток, которые затем реализуются в менструальных циклах. С течением жизни количество яйцеклеток уменьшается, и восстановлению, увеличению их число не подлежит. Поэтому если женщина попадает в область достаточно сильного излучения и оно достигает ее гонад, повреждаются яйцеклетки, то в дальнейшем они элиминируются из отбора, то есть организм проверит, здоровый ли в этих клетках генетический материал, и убьет их, если нет. В дальнейшем они практически не овулируют, и по многим данным женщина, которая достаточно долгое время провела в условиях космического полета, не рожает.

У мужчин все обстоит немного иначе: у них образование сперматозоидов происходит на протяжении всей жизни. Но если излучение достигает клетки —предшественника сперматозоидов и там возникает какая-то мутация, которая не контролируется и не исправляется, то все потомки этой клетки (а из одного предшественника образуется много сперматозоидов) будут нести эту мутацию. Мутации повреждают генетический материал. Помимо того, что ДНК нужно передать потомкам, она несет информацию о строении белков. Белки — основные молекулы, которые что-то делают в нашем теле, и то, какими они будут, определяется именно структурой ДНК. Во время мутации происходит какое-либо нарушение, их бывает различное множество, но, к счастью, в наших клетках, где мутации происходят часто, есть механизм репарации — исправления поврежденной ДНК. Однако, естественно, чем больше мутаций, тем сильнее вовлечены в работу репарационные механизмы, тем выше вероятность того, что восстановление будет сделано с ошибкой. И эта ошибка не всегда учитывается.

«МКС — это такая консервная банка с очень тонкими стенками, которая летает непонятно где»

Махатадзе: В одном из экспериментов участвовали японские рыбки оризии, довольно маленькие, то есть это не очень сложный организм, который можно отправить в космос и посмотреть, что с ним будет. Одна группа рыбок провела в космосе два месяца, вторая сидела на Земле. После им сделали гистологию, то есть срезы разных тканей.

Павлова: Ученые предполагали, что наиболее подверженными каким-то структурным изменениям после нахождения в космических условиях окажутся кишечник, печень и гонады рыб. Обнаружилось, что структурных изменений не наблюдается ни в тканях кишечника, ни печени, ни даже семенников. Однако яичники рыб, которые побывали в космических условиях, оказались с нарушениями. Поэтому долгое нахождение в космических условиях (видимо, именно в связи с радиацией) может серьезно влиять на структуру тканей женских половых органов.

Махатадзе: Можно подумать, что женские половые органы довольно уязвимы, а мужские вроде как нет. На самом деле есть данные, показывающие, что мужская половая система в космических условиях также подвержена различным разрушениям, и это связано не с радиацией, а с невесомостью. Я должен тут отметить, что это единственный раздел, про который мы нашли не одну-три статьи, а 40, которые описывают разные эффекты, то есть как именно яички отмирают при нахождении в невесомости. Буквально там происходит апоптоз, при этом про влияние невесомости на женские половые органы исследований нет в принципе.

Павлова: Был интересный эксперимент, в ходе которого на орбиту на 9 месяцев отправили образцы замороженной спермы мышей. В нескольких группах эксперимента разбросы показателей оказались одинаковыми. Показатель — это доля потомства, которое родилось после оплодотворения той самой спермой. Однако тут надо понимать, что контейнеры, в которых замороженные образцы отправляются на орбиту, могут быть защитой от излучений, в том числе от радиации. Поэтому эффект, который был показан в этом эксперименте, скорее всего, связан с этим. Но с другой стороны, это хороший результат, который говорит о том, что можно отправить в космос замороженные образцы спермы и они будут такие же эффективные, как и интактная сперма, которая была получена непосредственно в ходе полового акта.

Практика

Махатадзе: Заниматься сексом в космосе неудобно и сложно. На Земле людям помогает сила тяжести, в космосе же два человека, которые пытаются друг друга обнять, по всем законам Ньютона прикладывают друг к другу силу. Малейшая неаккуратность — и оба разлетаются в разные стороны, причем довольно быстро, потому что в невесомости ничто этому не мешает. Эту проблему все-таки можно решить, начиная со всяких игривых затей с ролевыми играми, заканчивая серьезными проектами двухместных костюмов, которые даже испытывались. Но есть проблемы посерьезнее.

В невесомости нет низа и верха, жидкости не текут вниз. Астронавт Крис Хэдфилд рассказывал историю о том, как у него во время выхода в открытый космос заслезился глаз. Эта слеза никуда не стекла, она осталась на глазу. Глаз что думает? «Нужно это слезинку вымыть» — и начинает выделять больше слез. В итоге у него образовалось по одной большой капле слез на обоих глазах, и он ничего не видел. Это тяжело. С жидкостями внутри организма тоже может происходить что-то непредсказуемое.

Павлова: Под жидкостями внутри организма мы имеем в виду кровь. Когда мы находимся на Земле, кровяное давление в нижней части тела выше, чем в верхней, но тем не менее кровь распределяется более-менее равномерно за счет тонуса сосудов. Это значит, что в нижней части тела, в ногах, мышцы у стенок сосудов более мощные, они могут сокращаться гораздо сильнее, чтобы количество крови в нижней части тела примерно соответствовало тому, сколько крови в верхней. Таким образом, в верхней части тела сосуды не такие мощные, потому что кровь и так стремится стечь вниз. В космических условиях вектор гравитации пропадает, и сосуды верхней части тела перестают справляться с равномерным распределением крови по организму. Поэтому в первые дни полета у космонавтов сильно отекает верхняя часть, затем происходит адаптация, и все распределяется примерно так, как на Земле.

С регуляцией самого главного сосуда нашего тела — сердца — тоже происходят изменения. Огромную часть движений выполняют так называемые позные мышцы — те, которые позволяют нам держать позу. То есть они работают, даже когда мы комфортно сидим на стуле, мы это не контролируем. В космосе необходимость в них отпадает, и они постепенно атрофируются, в том числе поэтому космонавтам так сложно восстанавливаться после полетов. Падает и мышечная масса сердца, то есть сердечная работа становится хуже, чем в условиях Земли. Поэтому половой акт, который с точки зрения физической нагрузки даже в земных условиях является нетривиальной задачей для сердца и сосудов, в космосе вообще вызов для сердечно-сосудистой системы.

«Конечно, в отчетах НАСА или Роскосмоса нет ничего о том, как у космонавтов происходит эрекция»

Махатадзе: Должен также отметить, что с уменьшением сосудистых мышц в организме также уменьшается количество крови, потому что эти мышцы не нужно кормить кислородом. Эрекция возникает, когда кровь приливает к половым органам, а когда кровь гонится вверх, половая система вряд ли будет работать так же, как на Земле. Получается, что добиться эрекции будет сложнее, потому что и крови меньше, и она еще и не в тазу. Но, конечно, в отчетах НАСА или Роскосмоса нет ничего о том, как у космонавтов происходит эрекция.

Павлова: Экспериментов, которые касаются оплодотворения и имплантации зародыша в космических условиях, меньше еще на порядок. За менструальный цикл у женщины происходит овуляция, то есть яйцеклетка, развивающаяся в фолликуле, попадает в фаллопиеву трубу. Если был половой акт и в это время в половых путях есть сперматозоиды, они успешно достигают яйцеклетки по фаллопиевой трубе, и именно в ней происходит оплодотворение. Затем оплодотворенная зигота двигается к матке за счет биения ресничек клеток, которые выстилают фаллопиеву трубу. Зигота делится, и, пройдя стадии бластоцисты и морулы, она попадает в матку. Тут важно упомянуть, что у клеток стенки матки нет ресничек. Бластоциста прикрепляется к стенке матки, таким образом формируется связь «мать — ребенок». В дальнейшем, если все прошло успешно, из этого места начинает расти пуповина.

Махатадзе: В ходе экспериментов оказалось, что на само оплодотворение отсутствие фактора гравитации никак не повлияло. Но в дальнейшем обнаружилось, что до стадии бластоцисты, а тем более морулы, доживают далеко не все. Это свидетельствует о том, что для самого по себе оплодотворения нам гравитация не нужна, но для дальнейшего деления (для того, чтобы из одной клетки образовалась морула, то есть полый шарик, который в дальнейшем имплантируется в стенку матки) нужен вектор гравитации. Это происходит, потому что первые деления зиготы должны происходить в строго определенных плоскостях. Если вектор гравитации отсутствует, деление происходит неправильно, что вызывает преждевременную смерть эмбрионов. В другом исследовании было показано, что вектор гравитации также необходим для имплантации морулы в стенку матки. Видимо, отчасти оттого, что в стенке матки нет ресничных клеток, которые могли бы морулу направлять.

Предположения

Махатадзе: Теперь мы переходим к самой спекулятивной части нашей лекции, потому что здесь есть только теория и всего один эксперимент. Если у нас получились здоровые половые клетки, успешно прошел половой акт, произошла имплантация и начал развиваться эмбрион, то даже если он сможет выжить в условиях невесомости, этот ребенок будет не готов к жизни на планетах. Его организм не сможет противостоять силе тяжести. То есть, если он выживет, он сможет лежать в какой-нибудь ванне или специальной кровати, но его организм почти не сможет справляться с нагрузкой. Он рос, когда нагрузок не было, соответственно, мышцы и скелет были ему не нужны, поэтому они у него тонкие и слабые. Вторая проблема — радиация. Как мы уже обсуждали, делящиеся клетки очень к ней уязвимы. Второй момент связан с тем, что, очевидно, в растущем организме клеток делится очень много, то есть у каждой клетки во взрослом организме будет множество потомков. Соответственно, если в детском возрасте какая-то клетка мутировала (особенно если неблагоприятно, что случается чаще), то все потомки этой клетки будут с мутацией: будут также носить какую-то вредную генетическую информацию. Таким образом, организму будет сложно вырасти здоровым и полноценным даже для того, чтобы жить в невесомости, не говоря о том, чтобы вернуться на Землю. Но был проведен эксперимент: та же самая рыбка — японская оризия — летала в космос на две недели еще раз.

«Многие ученые считают, что если женщина окажется беременной в космосе, то дальнейшие компенсаторные механизмы позволят ей выносить здорового для космических условий ребенка»

Павлова: Тут важно, что в космос отправляли половозрелых с полностью сформированными гонадами и гаметами рыб. На космической станции провели оплодотворение, а затем уже мальков, которые развились в космосе из икринок, отправили на Землю. Ученых интересовало, будут ли эти рыбы фертильны. Для этого ученые измерили количество яйцеклеток в гонадах рыб, которые летали в космос, и у двух групп, которые оставались на Земле. Разброс показателей оказался примерно одинаковый. То есть для рыб возможно развитие из икринки в космических условиях с дальнейшим вполне себе функционированием на Земле. Ну и, кстати, потомки тех самых рыб, которые летали в космос, до сих пор живут в лаборатории.

Махатадзе: У рыб, конечно, есть два огромных преимущества. Во-первых, они живут в воде, которая сама по себе является симулятором невесомости: она снимает часть нагрузок. То есть уже на Земле рыбы были частично готовы к невесомости. Плюс ко всему вода и пластик для пробирок являются очень хорошими экранами для радиации. Во-вторых, у рыб нет имплантации и раннего эмбрионального развития. Икра развивается отдельно от организма матери, поэтому им во много раз проще.

Павлова: Этот эксперимент на рыбах — единственный, но, разумеется, для млекопитающих он не показатель. Однако многие ученые набираются смелости приводить различные теории. Одна из самых обнадеживающих заключается в том, что материнский организм, который всегда перестраивается во время беременности, способен компенсировать очень много факторов, чтобы внутриутробное развитие эмбрионов происходило нормально. Многие ученые считают, что если женщина окажется беременной в космосе, для чего нужно преодолеть все преграды, то дальнейшие компенсаторные механизмы позволят ей выносить здорового для космических условий ребенка. Но это, разумеется, вилами по воде писано.