راز بقای مگسهای میوه در سفرهای فضایی
پژوهشهای جدید نشان میدهد مگسهای میوه توانایی شگفتانگیزی در تحمل نیروی گریز از مرکز تا ۱۳G دارند، به طوری که نهتنها زنده میمانند بلکه قادر به تولیدمثل نیز هستند؛ این یافته میتواند کلیدی برای درک بهتر خطرات گرانش شدید بر سیستمهای بیولوژیکی در طول پروازهای فضایی و فرآیند بازگشت به جو زمین باشد.
به گزارش سیناپرس، مگسهای میوه را معمولا به عنوان آفات مزاحم روی میوههای در حال خراب شدن میشناسیم؛ اما همین موجودات ریز، امروز به یکی از مهمترین دستیاران دانشمندان تبدیل شدهاند. در آزمایشی تازه، پژوهشگران نشان دادهاند که مگسهای میوه میتوانند در سانتریفیوژی با چرخش بسیار بالا، نیروهایی تا ۱۳ برابر شتاب گرانش زمین (۱۳G) را تحمل کنند، زنده بمانند و حتی تولیدمثل کنند.
انسانها تنها میتوانند برای مدت کوتاهی نیروهای گرانشی بسیار شدید را تحمل کنند. براساس گزارش «اینترستینگ اینجینیرینگ» (Interesting Engineering)، خلبانان جنگنده برای تحمل بارهای شتابی بالا (G‑load؛ یعنی چند برابر شدن شتاب گرانش زمین بر بدن) آموزش میبینند، اما حتی آنها نیز در سطوحی فراتر از ۹G (۹ برابر شتاب گرانش زمین) با مشکل جدی روبهرو میشوند. در چنین سطوحی، خون از مغز دور میشود و در عرض چند ثانیه موجب از دست رفتن هوشیاری میگردد. قرارگیری طولانیمدت در این شرایط همچنان خطرناک است و هنوز به خوبی درک نشده است، به ویژه در جریان پروازهای فضایی و مرحله ورود مجدد فضاپیما به جو زمین.
اکنون پژوهش تازهای از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید نشان میدهد که سامانههای زیستی ممکن است از آنچه پیشتر تصور میشد توان سازگاری بیشتری داشته باشند. دانشمندان مگسهای میوه را با استفاده از یک سانتریفیوژ در معرض نیروهایی تا ۱۳G (سیزده برابر شتاب گرانش زمین) قرار دادند. برخلاف انتظار، این حشرات نه تنها از بین نرفتند بلکه زنده ماندند، تولیدمثل کردند و در نهایت الگوی رفتاری طبیعی خود را بازیافتند.
قرار دادن مگسها در شرایط افراطی
پژوهشگران از یک سانتریفیوژ سفارشی برای شبیهسازی ابرگرانش (hypergravity؛ وضعیتی که در آن شتاب گرانشی چندین برابر گرانش زمین است) استفاده کردند. این سامانه نیروهایی بسیار فراتر از کشش گرانشی معمول زمین ایجاد میکرد. تیم پژوهش حرکت مگسها را با استفاده از حسگرهای مادونقرمز و آزمونهای سنجش توان بالارفتن پایش کرد.
«آروموگام آمُگ» توضیح میدهد: «سانتریفیوژ شبیه یک چرخ و فلک است. هرچه سریعتر بچرخید، بیشتر احساس میکنید به سمت بیرون کشیده میشوید. این همان ابرگرانش است».
نتایج برای پژوهشگران شگفتآور بود. در ۴G (چهار برابر شتاب گرانش زمین)، مگسها پس از ۲۴ ساعت، فعالیت بسیار بالایی نشان دادند. اما در سطوح بالاتر، مانند ۷G، ۱۰G و ۱۳G (بهت رتیب هفت، ده و سیزده برابر شتاب گرانش زمین)، میزان فعالیت آنها بهطور چشمگیری کاهش یافت.
«یسابل گیرالدو» میگوید: «وقتی مگسها به مدت ۲۴ ساعت در ۴G، یعنی چهار برابر شتاب گرانش زمین قرار گرفتند، بیشفعال شدند. اما در سطوح بالاتر یعنی ۷G، ۱۰G و ۱۳G، الگو معکوس شد: به جای بیشفعالی، فعالیت آنها کاهش یافت و کمتر از دیوارهها بالا میرفتند».
تغییر رفتار و سپس بازیابی
تیم پژوهش بررسی را فقط به قرارگیریهای کوتاهمدت محدود نکرد. آنها مگسها را در طول تمام طول عمرشان و حتی در نسلهای بعدی دنبال کردند. پس از قرار گرفتن به مدت ۲۴ ساعت در ۴G (چهار برابر شتاب گرانش زمین)، مگسها برای چند هفته بیشفعال باقی ماندند؛ اما در نهایت به رفتار طبیعی خود بازگشتند. مگسهایی که در معرض سطوح بالاتر گرانش قرار گرفته بودند نیز با گذشت زمان بهبود پیدا کردند.
این یافتهها نشان میدهد که سامانه زیستی در برابر فشار الزاما دچار فروپاشی نمیشود، بلکه خود را با شرایط سازگار میکند. به نظر میرسد مغز نحوه مصرف انرژی را تنظیم میکند.
آمُگ میگوید:«ما فکر میکنیم آنچه مشاهده میکنیم این است که گرانش مستقیما در فرایند تصمیمگیری مغز درباره مصرف انرژی و حرکت دخالت دارد. این سازوکار کمک میکند مشخص شود که بدن چه زمانی فعال شود و چه زمانی انرژی را حفظ کند».
پژوهشگران همچنین تغییراتی در ذخیره چربی و متابولیسم مشاهده کردند. مصرف انرژی همراه با الگوهای حرکتی تغییر میکرد.
پیامدهایی برای سفر فضایی
این مطالعه بینش تازهای درباره چگونگی تاثیر گرانش بر زیستشناسی فراهم میکند. بیشتر پژوهشهای پیشین بر ریزرگرانش (microgravity؛ به شرایطی گفته میشود که همانند بیوزنی و گرانش صفر (zero-g) است با این تفاوت که نیروی گرانش دقیقا صفر نیست) تمرکز داشتهاند؛ اما این پژوهش حد مقابل آن، یعنی ابرگرانش را بررسی میکند.
تیم پژوهش حتی مگسهای میوه را برای ۱۰ نسل در شرایط ابرگرانش پرورش داد. این حشرات تحت فشار مداوم زنده ماندند، جفتگیری کردند و تولیدمثل داشتند. این پایداری طولانی مدت برخی فرضیات درباره محدودیتهای حیات در محیطهای بسیار سخت را به چالش میکشد.
این یافتهها میتواند به دانشمندان کمک کند بهتر بفهمند بدن انسان در برابر شرایط شتاب گرانشی بالا (high G conditions؛ چندین برابر شدن شتاب گرانش زمین بر بدن) چگونه واکنش نشان میدهد؛ از جمله در مورد خلبانان جنگندهها و فضانوردانی که به زمین بازمیگردند.
گیرالدو میگوید:«به نظر من مطالعه ما دقیقا در زمان مناسبی انجام شده است. با توجه به اینکه انتظار میرود سفر فضایی در آینده رایجتر شود، درک پیوند میان گرانش، فیزیولوژی و مصرف انرژی اهمیت فزایندهای پیدا خواهد کرد».
همزمان با ماموریتهایی مانند Artemis II که انسان را به اعماق بیشتری از فضا میبرند، درک اثرات گرانش اهمیت حیاتی پیدا میکند. این پژوهش نشان میدهد که حیات ممکن است بیش از آنچه انتظار میرود توان سازگاری داشته باشد؛حتی در برابر نیروهایی که بسیار شدید به نظر میرسند.
مگسهای میوه
مگس سرکه یا مگس میوه (نام علمی: Drosophila melanogaster)، گونهای مگس از راسته دوبالان است. براساس اطلاعات منتشر شده از سوی دانشکده حشره شناسی دانشگاه کنتاکی، مگسهای میوه معمولا در خانهها، رستورانها، سوپرمارکتها و هر مکانی که مواد غذایی در حال فساد یا تخمیر وجود داشته باشد دیده میشوند. طول مگسهای بالغ حدود یکهشتم اینچ (تقریبا ۳ میلیمتر) است و معمولا چشمانی قرمز دارند. بخش جلویی بدن آنها به رنگ قهوهای مایل به زرد و بخش انتهایی بدن سیاه است. مگسهای میوه تخمهای خود را در نزدیکی سطح مواد غذایی در حال تخمیر یا سایر مواد آلی مرطوب قرار میدهند.
توان تولیدمثلی مگسهای میوه بسیار بالاست؛ آنها در صورت فراهم بودن شرایط میتوانند حدود ۵۰۰ تخم بگذارند. چرخه کامل زندگی آنها از مرحله تخم تا رسیدن به مرحله بالغ، حدود یک هفته طول میکشد.
چرا مگس میوه از سوی دانشمندان بهعنوان مدل آزمایشی انتخاب میشود؟
به دلیل ویژگیهای زیستی و ژنتیکی خاص، مگسهای میوه نه تنها برای مطالعه زیستشناسی پایه بلکه برای آزمایشهای رفتاری، ژنتیکی و فیزیولوژیکی در شرایط خاص مانند ابرگرانش نیز به کار میروند.
براساس پژوهشهای منتشر شده در ScienceDirect، مگس سرکه (Drosophila melanogaster) یکی از مهمترین ارگانیسمهای مدل در زیستشناسی و علوم اعصاب است. حدود ۷۵ درصد از ژنهای بیماریزای انسان دارای همتای عملکردی در این مگس هستند و بسیاری از فرآیندهای زیستی بنیادی میان انسان و مگس حفظ شدهاند. این شباهت ژنتیکی، این ارگانیسم را ابزاری مناسب برای مطالعه سازوکار بیماریهای انسانی کرده است.
از نظر عملی، مگس میوه دارای چرخه زندگی کوتاه، تولیدمثل بالا و هزینهٔ نگهداری اندک است. همچنین برخلاف پستانداران آزمایشگاهی، استفاده از آنها با چالشهای اخلاقی بسیار کمتری همراه است.
به نقل از آنا، هرچند سیستم عصبی مرکزی (CNS) در Drosophila سادهتر از پستانداران است، اما همچنان شامل انواع نورونها و سلولهای گلیال بوده و قادر به کنترل رفتارهای حرکتی و شناختی پیچیده است. این ویژگیها باعث میشود مگس میوه مدلی مؤثر برای مطالعهٔ عملکرد نورونی، یادگیری، حافظه، حرکات و تغییرات رفتاری در شرایط متفاوت باشد.
از نظر تاریخی نیز این گونه نقش مهمی در پیشرفت علم ژنتیک داشته است. مگس سرکه نخستین بار در سال ۱۹۰۸ توسط توماس هانت مورگان در مطالعات ژنتیکی به کار رفت و از آن زمان تاکنون در هزاران پژوهش زیستی و عصبی مورد استفاده قرار گرفته است.
