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1946年7月9日のV-2ロケットによる弾道飛行で、ショウジョウバエは宇宙へ行った最初の生きた知覚力のある生物[要出典] [議論]となり、1947年2月20日には、ショウジョウバエが弾道宇宙飛行から無事帰還し、人類の探査への道を開いた。1949年のアカゲザルのアルバート2世の飛行、ソ連の宇宙犬、あるいは人間など、哺乳類を宇宙に送る何年も前に、科学者らは、キイロショウジョウバエ（一般的なショウジョウバエ）と、その放射線と宇宙飛行に対する反応を研究し、宇宙と無重力環境が人間に及ぼす可能性のある影響を理解しようとした。1910年代から、研究者らはショウジョウバエを使った実験を行った。これは、人間とショウジョウバエが多くの遺伝子を共有しているためである。
冷戦と宇宙開発競争が最高潮に達した頃、ハエは頻繁に宇宙に送られ、科学者は宇宙での生活と繁殖の本質を研究することができました。ソ連と米国の科学者と研究者は、研究とミッションにミバエを使用しました。これらのハエは、無重力が宇宙飛行士の心臓血管系、免疫系、遺伝子 に与える影響についての理解を深めるために使用されました。
背景
宇宙開発競争が終了した後も、宇宙旅行の進歩は続いた。研究者たちは、宇宙の過酷な大気中で生命が生き残る能力を研究し続け、商業開発を促進し、知識を拡大・発展させ、将来の世代に探査の準備をさせている。[ 1]時代を通じて、宇宙の動物は人間の探査に適した条件を確保してきた。犬、猿、猫、ネズミ、カメなどの大型動物は、昆虫と同様に、多くの探査に不可欠であった。
ミバエは、遺伝子が人間に似ていることから、宇宙旅行によく利用されています。[2]妊娠期間が短く成熟が早いため、継続的に使用できます。さらに、メスのミバエは毎日100個の卵を産むことができ、各卵が完全に成熟するのに10日もかかりません。ミバエのゲノムの4分の3は他の生物に匹敵するため、性染色体を含む遺伝子構造全体が科学者によって配列されているため、ミバエは宇宙旅行で人間に同行することがよくあります。 [1]
歴史
1930年以前
科学者は1907年という早い時期にミバエを研究に使い始めました。最初のミバエ研究はトーマス・ハント・モーガンによって行われました。彼はハエを放射線にさらし、ハエが他の多くの動物種に非常によく当てはまる検査結果をもたらすという意味で、それが医学上の奇跡であることに気づきました。彼は最もよく知られているキイロショウジョウバエを含む15種類のミバエを研究しました。彼はコロンビア大学に「フライルーム」を設立し、ハエに関する研究に専念しました。[3]
1930年代
1930年代、ドブジャンスキーはチャールズ・ダーウィンの研究を活用した。ドブジャンスキーは適者生存の考えではなく、遺伝子プールに注目した。ショウジョウバエは非常に小さいにもかかわらず、科学者がそれまでに観察した中で最大の染色体を持っており、彼の研究は画期的なものとなった。 [3] 1933年、トーマス・ハント・モーガンはハエを使った医学研究でノーベル賞を受賞した。[3] 1935年、アルバート・ウィリアム・スティーブンスとオービル・アーソン・アンダーソンは特別な気球に乗って高度72,395フィートまで上昇し、飛行中にショウジョウバエを運んだ。[4]
1946年と1947年、地球人を乗せた最初の宇宙飛行
1946年7月9日、最初のショウジョウバエが宇宙に到達したが、回収されなかった。[5] 1947年2月20日、米国はショウジョウバエを乗せたV-2ロケットを宇宙に送り、放射線が生物に与える影響を研究し、宇宙からの放射線が将来の宇宙飛行士にとって潜在的な問題となるかどうかを確認した。[6]この飛行はニューメキシコ州のホワイトサンズミサイル実験場から打ち上げられ、合計3分間続いた。すべてのショウジョウバエは放射線の影響を受けずに地球に帰還した。これらのショウジョウバエは、1949年に宇宙に行くサル、1957年に犬、そして最終的には1961年に人間への道を開いた。 [6]
1950年代
1953年2月、米国は様々な実験でショウジョウバエを乗せた無人気球をいくつか打ち上げた。ほとんどのハエは死んだか回収されなかったが、1953年2月26日の1回の飛行では12匹のハエが生き残った。 [4] 1956年2月、マウス、モルモット、菌類のサンプル、ショウジョウバエを乗せた無人気球が高度115,000フィートに到達した。このミッションは成功し、動物はすべて生きて回収された。[4] 1958年7月、米国海軍はマルコム・デビッド・ロス、モートン・リー・ルイス、ショウジョウバエを乗せた有人高高度気球を高度82,000フィートまで打ち上げた。 [7]これは成層圏に到達した最初の飛行であり、気球のキャビンは海面環境の加圧状態を模倣していた。[7]
1960年代
1961年、人類が初めて宇宙に送られました。[6] 1968年、科学者たちは、放射線と宇宙飛行の両方にさらされたショウジョウバエの幼虫は、放射線だけにさらされたショウジョウバエや宇宙に行っただけのショウジョウバエに比べて、早期死亡率が高いことを発見しました。[8]同じ研究で、放射線と宇宙飛行の両方にさらされたショウジョウバエは、老化が早まり、遺伝子変異も起こることが示されました。1968年に行われた別の研究では、同じ前提で、ショウジョウバエを飛行前の放射線と宇宙飛行の両方にさらしたところ、両方にさらされたショウジョウバエは、どちらか一方だけにさらされたショウジョウバエとは対照的に、精子に重大な損傷を受けたことが示されました。[9]
1970年代
1978 年の出版物には、宇宙に送られたショウジョウバエを研究する科学者にとって重要ないくつかの重要な発見が含まれていました。第一に、宇宙で生まれて最初の数日を過ごしたショウジョウバエは、地球上のショウジョウバエよりも寿命が短かった。第二に、宇宙で生まれたショウジョウバエと宇宙に送られた生きたショウジョウバエの発育過程は規則的だった。第三に、宇宙に送られたショウジョウバエの羽は物理的に損傷していたか (おそらくスペース シャトルの離着陸の性質によるもので、微小重力環境によるものではない)、遺伝的に損傷していたかのいずれかでした。宇宙で生まれたショウジョウバエは羽にグリコーゲンをあまり生成しなかったため、飛翔能力が阻害されていたのです。[1]
1980年代
1981年、ソ連の科学者たちは、軌道に乗せられる前に放射線にさらされたハエは、放射線だけにさらされたショウジョウバエや宇宙に送られただけのショウジョウバエよりも、遺伝子変異を示す子孫を持つ可能性がはるかに高いと結論付けた。 [10]
1990年代
1997年、研究者たちは8日間ショウジョウバエを宇宙に送り、帰還後に地上のショウジョウバエと交配させた。その結果、Y染色体に致死的な突然変異を起こす可能性が3倍高い雄のショウジョウバエが生まれた。研究者たちは、突然変異は宇宙で見つかった放射線によるものだと示唆した。[11]
2000年代
2006年の研究では、宇宙で生まれたショウジョウバエは地球で生まれたショウジョウバエに比べて病気にかかりやすく、免疫システムがはるかに弱いことがわかりました。[2]この研究により、科学者は月や火星への移住計画には、敗血症などの感染症に対する宇宙飛行士の免疫システムを強化する対策を講じる必要があることを確信しました。[12]
2010年代
2012年、リチャード・ヒル博士は、無重力体験をシミュレートする強力な磁石を使用して、ショウジョウバエへの影響について研究しました。ヒル博士は、ショウジョウバエの速度が上昇し、浮く代わりに、歩くのに似た動きで移動することを発見しました。[13]ヒル博士が研究したショウジョウバエに対する無重力の影響は、人間とショウジョウバエは非常に類似した遺伝子を持っているため、研究者に人間に対する無重力の影響に関する貴重な洞察を与えることができます。2015年、サンフォード・バーナム・プレビス医療発見研究所の科学者は、宇宙に送られたショウジョウバエは、心臓やその他の心血管構造を制御する遺伝子に変化を経験したことを発見しました。[14] 2017年、同じ科学者は、無重力が心臓と心血管系に与える影響についてさらに研究するため、30匹の生きたショウジョウバエと2,000個のショウジョウバエの卵を宇宙に送りました。[14]彼らは、宇宙で数週間生きたショウジョウバエの心臓は、地上のショウジョウバエの心臓とは解剖学的に異なっていることを発見した。この研究から、科学者たちは、月や火星への移住計画には、宇宙飛行士の心臓を保護するための具体的な計画も含める必要があると結論付けた。[15]
2020年代以降
今日の技術の進歩により、地球上で宇宙のような環境を再現することが可能になりました。これにより、宇宙探査のような費用のかかる作業なしに、宇宙旅行が生物とその身体系に及ぼすとされる影響についての研究を継続することが可能になりました。技術が進歩する一方で、ショウジョウバエは宇宙旅行と生物に関する予備研究に継続的に使用されています。宇宙旅行が血流と心臓の健康に及ぼす危険な影響を述べた過去の研究に基づいて、現在研究が行われています。研究者たちは、時間の経過とともに、これらの悪影響に対抗し、安全な宇宙旅行を促進する結果が見つかることを期待しています。[15]
参照
文献
- ^ abc Mains, Richard, Sharon Reynolds, Matthew Lera、Lance Ellingson。研究者のためのミバエ研究ガイド。テキサス州ヒューストン：NASA ISSプログラム科学オフィス、2016年。
- ^ ab Harrington, Monica (2013-12-19). 「宇宙のミバエ」. Lab Animal . 43 (1): 3. doi : 10.1038/laban.451 . ISSN 0093-7355. PMID 24356005.
- ^ abc Space Station Live: なぜミバエが飛ぶのか。NASA。2015年1月20日。
- ^ abc Beischer, DE; Fregly, AR (1962). 「宇宙における動物と人間。1960 年までの年表と注釈付き参考文献」。米国海軍航空医学学校。ONR TR ACR-64 (AD0272581)。
- ^ 「アメリカのミサイルと宇宙活動の発祥の地」NASA (PDF) 。 2017年2月24日時点のオリジナル(PDF)よりアーカイブ。 2022年8月4日閲覧。
- ^ abc ドリュー、ジェイソン（2012）。ハエの物語とそれが世界を救う方法。ジャスティン・ジョセフ。グリーンポイント：シェビオット。ISBN 978-0-9921754-0-5. OCLC 820557287.
- ^ ab 宇宙の動物たち：研究用ロケットからスペースシャトルまで。2007-08-01。
- ^ Oster, Irwin I. (1968). 「無重力と放射線の遺伝的影響」.日本遺伝学雑誌. 43 (6): 462–463. doi : 10.1266/jjg.43.462 . ISSN 1880-5787.
- ^ Browning, L., Altenburg, E. (1968). 宇宙環境が成虫のショウジョウバエの成熟生殖細胞と未熟精巣の精母細胞に及ぼす放射線誘発損傷に与える影響。Radiat. Res. 35, 500–501.
- ^ Vaulina, EN; Anikeeva, ID; Kostina, LN; Kogan, IG; Palmbakh, LR; Mashinsky, AL (1981). 「サリュート6号軌道ステーション実験における無重力状態が生物の飛行前ガンマ線照射による遺伝的損傷に及ぼす影響」. Advances in Space Research . 1 (14): 163–169. Bibcode :1981AdSpR...1n.163V. doi :10.1016/0273-1177(81)90258-1. PMID 11541706.
- ^ 池永光雄;吉川功古城、モト。あやき としかず涼、春子。石崎寛治加藤智久山本花子。原龍次郎（1997） 「宇宙飛行中にショウジョウバエに誘発された突然変異」。宇宙における生物科学。11 (4): 346–350。土井：10.2187/bss.11.346。ISSN 0914-9201。PMID 11541768。
- ^ Rainey, Kristine (2014-06-16). 「（宇宙）飛行後、ミバエの免疫は真菌で失敗する」NASA . 2021-03-17閲覧。
- ^ 「宇宙旅行について学ぶためにミバエを浮遊させる」NPR.org 2021年3月16日閲覧。
- ^ ab Chang, Kenneth (2017-06-02). 「ミバエとマウスが少なくとも一時的に宇宙ステーションに新たな住処を得る（2017年発行）」。 ニューヨークタイムズ。ISSN 0362-4331 。 2021年3月17日閲覧。
- ^ ab 「ショウジョウバエが宇宙旅行の心臓への影響に関する新たな知見を明らかにする」EurekAlert! 2021年3月17日閲覧。