Verloren im Weltraum: In der Schwerelosigkeit verlieren Spermien ihren Orientierungssinn

Eine Familie außerhalb der Erde zu gründen, könnte schwieriger sein als erwartet. Neue Forschungsergebnisse der Universität Adelaide zeigen, dass Spermien in der Schwerelosigkeit Schwierigkeiten haben, sich zu orientieren, was darauf hindeutet, dass die Schwerkraft eine entscheidende Rolle dabei spielt, dass sie eine Eizelle erreichen.

Signifikanter Rückgang der Anzahl der Spermien

Wissenschaftler des Robinson Research Institute, der School of Biomedicine und des Freemasons Centre for Male Health and Wellbeing untersuchten, wie sich weltraumähnliche Bedingungen auf die Orientierung der Spermien, die Befruchtung und die frühe Embryonalentwicklung auswirken. Um die Mikrogravitation zu simulieren, verwendeten die Forscher ein von Dr. Giles Kirby bei Firefly Biotech entwickeltes 3D-Klinostat-Gerät. Dieses Gerät rotiert die Zellen kontinuierlich, um die desorientierenden Effekte der Schwerelosigkeit nachzuahmen. Spermien von drei verschiedenen Säugetieren, darunter auch vom Menschen, wurden getestet, indem sie durch ein Labyrinth geschickt wurden, das dem weiblichen Fortpflanzungstrakt nachempfunden war. „Dies ist das erste Mal, dass wir nachweisen konnten, dass die Schwerkraft ein wichtiger Faktor für die Fähigkeit der Spermien ist, sich durch einen Kanal wie den Fortpflanzungstrakt zu bewegen“, sagte die leitende Autorin Dr. Nicole McPherson vom Robinson Research Institute der Universität Adelaide.

Die Forscher beobachteten unter Mikrogravitationsbedingungen im Vergleich zur normalen Schwerkraft einen signifikanten Rückgang der Anzahl der Spermien, die den Weg durch das Kammerlabyrinth erfolgreich finden konnten. Dies war bei allen Modellen zu beobachten, obwohl sich die Art und Weise, wie sich die Spermien physisch bewegen, nicht verändert hatte. Dies deutet darauf hin, dass ihr Orientierungsverlust nicht auf eine Veränderung der Motilität zurückzuführen war, sondern auf andere Faktoren.

Beeinträchtigung der Befruchtung und Embryonalentwicklung

Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Zugabe des Sexualhormons Progesteron die Navigationsfähigkeit menschlicher Spermien unter simulierten Mikrogravitationsbedingungen verbesserte.“ „Wir glauben, dass dies daran liegt, dass Progesteron auch aus der Eizelle freigesetzt wird und dabei helfen kann, die Spermien zum Ort der Befruchtung zu leiten, aber dies muss als potenzielle Lösung noch weiter untersucht werden“, sagte Dr. McPherson.

Das Team untersuchte, wie sich die Exposition gegenüber Mikrogravitation während der Befruchtung auf die frühe Embryonalentwicklung in Tiermodellen auswirkt. Nach vier Stunden in simulierter Schwerelosigkeit sank die Anzahl erfolgreich befruchteter Mäuseeizellen im Vergleich zu normalen Bedingungen auf der Erde um 30 Prozent. „Wir beobachteten verringerte Befruchtungsraten während einer vier- bis sechsstündigen Exposition gegenüber Mikrogravitation. Eine längere Exposition schien noch schädlicher zu sein und führte zu Entwicklungsverzögerungen und in einigen Fällen zu einer Verringerung der Zellen, aus denen sich in den frühesten Stadien der Embryonenbildung der Fötus entwickelt“, sagte Dr. McPherson.Diese Erkenntnisse zeigen, wie komplex der Fortpflanzungserfolg im Weltraum ist und wie dringend weiterer Forschungsbedarf in allen frühen Entwicklungsstadien besteht.

Warum die Schwerkraft für die Fortpflanzung wichtig ist

Frühere Forschungen haben untersucht, wie sich Spermien im Weltraum bewegen, doch bisher hatte noch keine Studie ihre Fähigkeit getestet, unter kontrollierten Bedingungen wie diesen durch einen Fortpflanzungskanal zu navigieren. Die Ergebnisse wurden in Communications Biology veröffentlicht. Diese Studie wurde in Zusammenarbeit mit dem Andy Thomas Centre for Space Resources der Universität Adelaide durchgeführt, das sich auf die Herausforderungen der langfristigen Weltraumforschung und des Lebens außerhalb der Erde konzentriert.

„Auf unserem Weg zu einer weltraumfahrenden oder multiplanetaren Spezies ist es entscheidend zu verstehen, wie sich die Mikrogravitation auf die frühesten Stadien der Fortpflanzung auswirkt“, sagte Associate Professor John Culton, Direktor des Andy Thomas Centre for Space Resources.

Zukünftige Forschung zur Fortpflanzung im Weltraum

In der nächsten Phase der Forschung wird untersucht, wie sich unterschiedliche Schwerkraftumgebungen, darunter die auf dem Mond, dem Mars und in künstlichen Schwerkraftsystemen, auf die Spermiennavigation und die frühe Embryonalentwicklung auswirken. Eine zentrale Frage ist, ob sich diese Auswirkungen allmählich ändern, wenn die Schwerkraft abnimmt, oder ob es einen Schwellenwert gibt, ab dem Veränderungen plötzlich eintreten und eine „Alles-oder-Nichts“-Reaktion hervorrufen.

Die Beantwortung dieser Frage wird für die Planung der menschlichen Fortpflanzung in zukünftigen Mond- und Mars-Siedlungen sowie für die Entwicklung künstlicher Schwerkraftsysteme, die eine gesunde Entwicklung unterstützen, von entscheidender Bedeutung sein. „In unserer jüngsten Studie konnten sich viele gesunde Embryonen bilden, selbst wenn sie unter diesen Bedingungen befruchtet wurden. Das gibt uns Hoffnung, dass Fortpflanzung im Weltraum eines Tages möglich sein könnte“, sagte Dr. McPherson.