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Esperimento con uova di quaglia sull’ISS, nel 2022 arriva il modulo 'Nauka'

© Foto : NASA/ESAStazione Spaziale Internazionale (ISS)
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A luglio, il dipartimento russo della Stazione spaziale internazionale (ISS) sarà integrato con il tanto atteso modulo scientifico multifunzione Nauka, che darà agli scienziati la possibilità di condurre diversi esperimenti scientifici. Fra questi figura anche lo studio dell’embriogenesi delle quaglie.
Quando si prevede l’arrivo delle uova di quaglia alla stazione internazionale? Gli scienziati russi effettuarono sull’ISS degli esperimenti con animali vivi? E dove invieranno il futuro bio-satellite con topi all’interno?
Per parlarne, Sputnik ha intervistato Vladimir Sychev, vicedirettore scientifico dell’Istituto di ricerca biomedica in seno all’Accademia nazionale russa delle Scienze.
— Per quando è previsto l’esperimento con le uova di quaglia sull’ISS?
— Per il 2022. Per primo arriverà a bordo dell’ISS l’incubatore messo a punto dalla società Biofispribor e poi giungeranno anche le uova. L’incubatore ci consentirà di “covare” le uova in assenza di gravità e, contemporaneamente, in presenza di gravità terrestre, che viene ricreata mediante apposita centrifuga.
Si prevede un’incubazione di 14 uova in assenza di gravità e 14 in gravità. Sulla Terra, il processo di incubazione dura solitamente 17-18 giorni, fino alla schiusa. Nell’esperimento sull’ISS, i pulcini di quaglia saranno fissati in determinate fasi di sviluppo embrionale: a 3, 7, 10 e 14 giorni di incubazione. Gli embrioni così fissati saranno poi analizzati dopo il rientro a Terra.
Per il processo di fissazione delle uova si impiega la formaldeide, che è tossica. Quindi, per tutelare la salute degli astronauti, sono stati predisposti appositi dispositivi, le uova, infatti, saranno collocate all’interno di dispositivi con chiusura ermetica. Dopodiché, nel dispositivo verranno aperte le fiale contenenti la formaldeide, che attiveranno il processo di fissazione.
Tuttavia, questi dispositivi sono piuttosto voluminosi e la navicella Soyuz, che sarà utilizzata per il rientro a Terra, dispone di uno spazio limitato. Pertanto, le uova fissate dovranno essere riportate a Terra in più fasi, nell’arco di 2-3 anni, il che rallenterà il processo di analisi.
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— Da dove ricavate i biomateriali?
— Presso il nostro Istituto di ricerca, già da molti anni, alleviamo una piccola popolazione di quaglie. Non la definirei una fattoria, ma abbiamo sempre a disposizione una certa quantità di uccelli e uova. Ad esempio, utilizziamo le quaglie per gli studi in ambiente ipomagnetico.
Le uova per l’esperimento vengono inseminate sulla Terra e si trovano in uno stato analogo all’anabiosi. Non si sviluppano finché non arrivano nell’incubatore dell’ISS. Pertanto, la consegna alla Stazione deve essere molto celere.
— Non è il primo esperimento del genere nello spazio, vero?
— Abbiamo già condotto un esperimento con le quaglie sulla stazione orbitale Mir e abbiamo fatto nascere dei pulcini, ma con una percentuale di nascite inferiore a quella della Terra. L’aspetto importante è, però, un altro: i pulcini che non ce l’hanno fatta presentavano delle anomalie dello sviluppo. È ancora difficile comprendere le ragioni di questo fenomeno, poiché nei voli cosmici si è sottoposti ad una pluralità di fattori potenzialmente dannosi, come l’assenza di gravità e le radiazioni. Pertanto, è stato deciso di condurre ulteriori studi che includessero anche il ricorso alla gravità artificiale. Inoltre, l’esperimento sulla stazione Mir ha dimostrato che il neonato pulcino non è in grado di adattarsi all’assenza di gravità. Sulla Terra, invece, il pulcino diventa subito indipendente e acquisisce postura eretta. Quindi, per il pulcino è fondamentale percepire un sostegno. Quando nello spazio non lo percepisce, perde l’orientamento. Pertanto, vengono subito meno tutti i suoi incredibili riflessi naturali e il pulcino non è più in grado nemmeno di nutrirsi. Il che lo costringe inevitabilmente alla morte.
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— Qual è l’importanza di questo esperimento per l’umanità?
— Le quaglie potrebbero essere inserite in un sistema biologico di supporto vitale per i viaggi interplanetari. Sono tra i migliori candidati a questo ruolo. Infatti, la quaglia produce uova che sono innocue ed è un animale che si sviluppa rapidamente.
— Prevedete di tornare agli esperimenti con le quaglie vive o a farle nascere nello spazio?
— Il primo tentativo di creare un sistema di sostentamento di quaglie adulte fu effettuato sulla stazione Mir, ma vi furono importanti criticità legate alla strumentazione. Non fu possibile eseguire l’esperimento su ogni uovo, perché, come dicevo, i pulcini non riuscivano ad essere autonomi in assenza di gravità. Gli astronauti nutrivano per qualche tempo i pulcini, tenendoli in mano, ma dopo un po’ furono costretti a fissarli.
Per tornare a effettuare questi esperimenti bisogna prima risolvere alcuni problemi.
In primo luogo, garantire la sicurezza: servono attrezzatture serie, che consentano di evitare la penetrazione nell’atmosfera della stazione delle varie secrezioni degli animali. Giapponesi e americani hanno risolto questo problema sull’ISS.
In secondo luogo, è necessario disporre di strumentazioni per condurre studi sugli animali direttamente sulla stazione. Questo serve per escludere l’eventuale impatto che, in fase di ritorno sulla Terra, alcuni fattori possono avere sugli animali.
In terzo luogo, è necessario predisporre a bordo dei congelatori per mantenere il materiale biologico ad una temperatura di -80° e bisogna riuscire a far rientrare a Terra il biomateriale congelato.
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— Vi sono delle nazioni che stanno manifestando interesse per l’esperimento con le quaglie?
— L’esperimento ha attirato l’attenzione di americani ed europei.
— Oltre a Germania, Francia e USA, vi sono altri Paesi che parteciperanno al progetto del secondo satellite Bion-M?
— Abbiamo intavolato delle trattative con diversi Paesi. A un certo punto anche con gli inglesi, ma il progetto è di lungo periodo. Il secondo Bion-M doveva essere lanciato nel 2019, ma ora si parla ufficiosamente del 2024.
Gli americani sono estremamente interessati a questo progetto. La NASA ha selezionato 10 partecipanti e di recente abbiamo inviato loro la nostra visione sulle modalità in cui condurre gli studi post-missione sui topi. Infatti, vanno tutelati gli interessi di tutti gli scienziati partecipanti alla missione (russi, tedeschi, francesi e statunitensi), anche se le cavie saranno poche.
Da un topo è possibile ricavare circa 1,5 mm di sangue e ci sono tanti interessati: serviranno 341 campioni. Grande domanda anche per midollo osseo, cuore, milza, tessuti. Se gli interessi scientifici di più ricercatori si intersecano, cerchiamo di unirli in gruppi, per ridurre la richiesta di biomateriale. Si tratta di un compito molto complesso e che richiede una buona dose di organizzazione. E comunque non sappiamo quanti topi torneranno vivi dallo spazio, pertanto vi sono diversi possibili scenari d’azione.
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— Quali altre attività sono in corso nell’ambito del progetto?
— Anzitutto, stiamo predisponendo la strumentazione. È un processo complesso, anche per via delle nuove norme disciplinanti le attività, che prevedono l’impiego di componentistica elettronica di base. Anche la pandemia da coronavirus sta ovviamente facendo sentire il suo impatto.
Nello specifico, abbiamo inviato ai francesi un prototipo del modulo in cui si troveranno i topi e loro ci hanno inviato un prototipo del sistema di registrazione dei parametri vitali delle cavie. Abbiamo condotto test congiunti sulle strumentazioni russa e francese, ma, a causa della pandemia, li abbiamo effettuati in assenza degli sviluppatori della strumentazione. Fortunatamente i test non hanno evidenziato problematiche gravi.
In secondo luogo, abbiamo bisogno di predisporre delle basi per preparare i biosatelliti al volo e condurre le ricerche post-missione. Stiamo concludendo le attività di allestimento dello stand che servirà a preparare il cibo per le cavie. Prevediamo di creare del cibo sotto forma di crema, in modo da evitarci la creazione di apposito abbeveratoio. Ma per 15 topi il cibo sarà solido e l’acqua sarà somministrata sotto forma di gel. Al momento stiamo cercando di effettuare dei test con il cibo solido, tenerlo per un certo lasso di tempo all’interno del corpo delle cavie e poi indurre la movimentazione del cibo nel loro corpo, per imitare le condizioni del lancio di un missile e valutarne le opportunità di utilizzo. Si tratta di attività non prettamente scientifiche, ma indispensabili per proseguire con il lavoro.
Stiamo concludendo la costruzione del sito, equipaggiato con la più moderna strumentazione, in cui si terranno i test approfonditi sulle cavie. È necessario creare le condizioni necessarie per effettuare al massimo grado di precisione i test post-missione. Questo ci consente di ricavare poi dei dati seri e affidabili.
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— Su quale orbita viaggerà il secondo Bion-M?
— Ci sono opinioni e dichiarazioni di vario genere, ma sono tutte ufficiose. Tra l’altro, questo innervosisce parecchio i nostri futuri colleghi. Quando l’Accademia nazionale russa delle Scienze riceverà una lettera ufficiale che richiederà di valutare alcune delle alternative emerse, allora ne potremo parlare. Ma questo implica significativi cambiamenti di programma.
Al momento stiamo continuando a lavorare come abbiamo sempre fatto e non intendiamo cambiare nulla. Volevamo lanciare il secondo Bion-M a quota 1.000 km, ma il costruttore (Progress Rocket Space Centre) non disponeva dei dati relativi all’impatto delle radiazioni sulla strumentazione a quella quota. Pertanto, abbiamo deciso di non rischiare e di scendere a 800 km.
Per noi è importante aumentare l’impatto di uno dei fattori che incidono sui viaggi spaziali, in questo caso le radiazioni, per comprendere l’assenza di gravità o appunto per capire se i cambiamenti che abbiamo osservato sugli animali dopo il lancio del primo Bion-M siano da imputare effettivamente alle radiazioni.
— Vi sono novità circa la creazione di una nuova serra russa per l’ISS, in sostituzione di quella andata perduta nel 2016?
— Abbiamo progettato la struttura esterna, ma purtroppo i lavori per la costruzione della nuova serra non sono stati finanziati.
L’idea della nuova serra consisteva nel predisporre tre segmenti indipendenti per riuscire a svolgere anche degli esperimenti e, al contempo, dare la possibilità agli astronauti di coltivare anche qualcosa di loro.
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— Per la scienza è di interesse sfruttare una stazione orbitale dislocata ad elevate latitudini da impiegare poi come modulo per i voli interplanetari?
— Chiaramente l’interesse è grandissimo. Dopotutto sappiamo pochissimo dello spazio. Non è così facile come sembra e la nostra idea dello spazio è parzialmente errata. Pertanto, qualsiasi studio effettuato nello spazio è di fondamentale importanza.
Possiamo identificare 3 fattori che incidono sui voli oltre la magnetosfera terrestre. Il primo sono le radiazioni. Sulla Terra possiamo interagire con un organismo vivente mediante la radiazione ondulatoria, oppure mediante quella corpuscolare. Nello spazio, invece, le due radiazioni impattano in maniera simultanea. E di fatto non sono ancora state studiate a fondo le possibili reazioni della materia biologica all’azione simultanea di radiazioni di diversa natura.
Vi porto un esempio. Abbiamo coltivato 4 generazioni di piselli sull’ISS. Solitamente, nei semi si produce la cosiddetta aberrazione cromosomica, ossia un certo numero di cromosomi necessariamente si altera. Sull’ISS, durante la prima generazione, si sono effettivamente prodotte delle aberrazioni, nella seconda poche, nella terza e quarta nessuna. E non sappiamo perché. Forse le piante di pisello si sono abituate e hanno attivato i loro sistemi riparatori. Questo aspetto andrebbe studiato a fondo.
Un secondo fattore che incide è la gravità. Allontanandosi dalla Terra, la gravità cambia. Ma dobbiamo ancora studiare nel dettaglio in che modo cambia l’impatto della gravità.
Il terzo fattore che abbiamo identificato è l’ambiente ipomagnetico. Come già menzionato, stiamo effettuando dei test sulla Terra con le uova di quaglia. Prima sono state incubate in un ambiente che riproduceva un campo magnetico 1.000 volte meno potente di quello terrestre. La seconda generazione dei pulcini derivanti dalle uova così incubate ha presentato importanti alterazioni, mentre la terza generazione non ha retto.
L’orbita di una stazione a elevate latitudini ci consentirebbe di studiare l’impatto di questi fattori sui viaggi spaziali, che alle consuete orbite delle stazioni spaziali è più difficile registrare.
L'opinione dell'autore può non coincidere con la posizione della redazione.
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