Sinh sản ngoài không gian: Hy vọng mới cho sự sinh tồn của nhân loại trong tương lai

Thời gian qua, Trái Đất đã chứng kiến đại dịch hoành hành, những đợt nắng nóng kỷ lục trên diện rộng và nhiều thảm họa thiên nhiên kinh hoàng. Điều này đặt ra thách thức, nhưng cũng mở ra hướng đi mới cho loài người tìm kiếm nơi trú ngụ mới ngoài Hành tinh Xanh.

Nắng nóng, dịch bệnh, thảm họa thiên nhiên gần như đang đang bủa vây loài người với tần suất và cường độ ngày càng kinh khủng hơn. Với những người ủng hộ ý tưởng tương lai mới, những sự kiện như trên là ví dụ điển hình cho lý do tại sao con người cần tìm một nơi ở mới để tiếp tục sinh tồn. Những người này cho biết các tiền đồn trên Mặt Trăng hoặc Sao Hỏa có thể đóng vai trò như một “gói bảo hiểm” ngăn chặn sự tuyệt chủng của con người khi Trái Đất đối diện với sự hủy diệt.

Nhưng có rất nhiều điều chúng ta không biết về khả năng sống sót và phát triển trong không gian - bao gồm cả việc chúng ta có thể sinh sản hay không. Hiện nay, tinh trùng chuột đông khô, được lưu trữ trên Trạm Vũ trụ quốc tế (ISS) trong hộp bảo vệ bức xạ, có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về khả năng sinh sản của động vật có vú ngoài Trái đất.

Khi các mẫu vật được đưa trở lại mặt đất vào năm tới, Giáo sư Teruhiko Wakayama tại Trung tâm Công nghệ sinh học tiên tiến của Đại học Yamanashi, sẽ nghiên cứu chúng có thể xác định tác động của môi trường không gian và liệu các mẫu vật còn có thể được sử dụng để tạo ra thế hệ tiếp theo khỏe mạnh hay không.

Quay trở lại phòng thí nghiệm của mình ở Nhật Bản, Giáo sư Wakayama đang phát triển một thiết bị cho phép các phi hành gia tiến hành thụ tinh trong ống nghiệm (IVF) ở loài gặm nhấm trên ISS trong những năm tới. Ông cho biết, những thí nghiệm này có thể giúp cứu cả nhân loại.

Giáo sư Wakayama cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là thiết lập một hệ thống bảo tồn an toàn và lâu dài các nguồn tài nguyên di truyền của Trái Đất ở đâu đó trong không gian – dù là trên Mặt Trăng hay bất kỳ nơi nào khác – để sự sống có thể được hồi sinh ngay cả khi Trái Đất phải đối mặt với sự hủy diệt thảm khốc”.

Nghe có vẻ giống như trong phim khoa học viễn tưởng, nhưng Giáo sư Wakayama từ lâu đã mở rộng phạm vi với các nghiên cứu sinh sản của mình. Năm 1997, ông và một nhà nghiên cứu khác đã phát triển một phương pháp mới lạ mà họ sử dụng để nhân bản con chuột đầu tiên trên thế giới từ tế bào trưởng thành.

Ông đã dẫn đầu một nghiên cứu về sự phát triển của phôi chuột trong không gian – một điều trước đây chỉ được thực hiện với các loài lưỡng cư và cá. Và ông cùng nhóm của mình đã tiên phong trong phương pháp đông khô để gửi tinh trùng chuột đến ISS, nơi chúng được lưu trữ trong tủ đông trong tối đa 6 năm. Khi các mẫu vật được đưa trở lại Trái đất, các nhà nghiên cứu đã làm “ẩm lại” và tạo ra những chú chuột con khỏe mạnh.

Từ nghiên cứu đó, họ xác định được khả năng tinh trùng đông khô có thể tồn tại đến 200 năm trong môi trường không gian. Giáo sư Wakayama cho biết, mặc dù điều đó thật ấn tượng nhưng hoàn toàn không đủ lâu cho tương lai của chúng ta. Với các mẫu vật không gian mới nhất của mình, ông đang sử dụng một thiết bị mới để bảo vệ tinh trùng được lưu trữ ở nhiệt độ phòng, tránh được khỏi các bức xạ, để đánh giá liệu có thể lưu trữ các mẫu vật trong không gian vô thời hạn hay không.

Từ Chix in Space đến những con gián vũ trụ

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã đưa các sinh vật trên Trái Đất vào không gian để nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện vi trọng lực và bức xạ vũ trụ đến các quá trình sinh học - bao gồm cả sinh sản.

Trước đó vào năm 1989, 32 quả trứng gà đã thụ tinh được đưa vào quỹ đạo để nghiên cứu cách chúng phát triển khi không có trọng lực, trong một thí nghiệm được tài trợ bởi chuỗi cửa hàng thức ăn nhanh KFC của Mỹ và có biệt danh là “Chix in Space”.

Tiếp đó, Spacelab-J (SL-J) được phóng lên tàu con thoi vũ trụ Endeavour vào năm 1992. Qua những bức ảnh này có thể thấy một trong những con ếch cái được đưa lên tàu. Con ếch cái được kích thích rụng trứng và đẻ trứng. Những quả trứng này sau đó được thụ tinh trong môi trường vi trọng lực. Nhiệm vụ này cũng kiểm tra hành vi bơi của nòng nọc phát triển trong điều kiện không có trọng lực. Và nòng nọc ếch đã sinh ra trên tàu con thoi Endeavour vào năm 1992 và nó đã trở thành động vật có xương sống đầu tiên trải qua những ngày đầu tiên của cuộc đời trong không gian. Tuy nhiên ở đó, chúng phải bơi lội một cách thất thường và vật lộn kiếm tìm bong bóng khí để thở.

Và vào năm 2007, một con gián tên là Nadezhda (có nghĩa là "Hy vọng" trong tiếng Nga) đã sinh ra 33 con gián con – chúng được thụ thai trên quỹ đạo. Chúng hầu hết đều bình thường, ngoại trừ lớp giáp xác bên ngoài tối màu bất thường.

Giáo sư Virginia Wotring tại Đại học Không gian quốc tế - một tổ chức tư nhân phi lợi nhuận ở Strasbourg, Pháp, chuyên về giáo dục không gian - cho biết: "Chúng tôi nhận thấy rằng hầu hết các giai đoạn cụ thể của chu kỳ sinh sản có thể tiến hành trong không gian, ít nhất là ở 1 hoặc 2 loài, nhưng không phải lúc nào cũng diễn ra hoàn toàn thành công".

Bà Wotring cho biết cá Medaka - một loài cá nhỏ có nguồn gốc từ ruộng lúa, đầm lầy và ao hồ ở Nhật Bản, và ốc sên đã hoàn thành toàn bộ chu kỳ sinh sản trong không gian. Giáo sư Wotring nói: "Đi đến động vật có vú là bước tiến tiếp theo, để xem những phần nào của chúng sẽ hoạt động".

Đề cập đến tinh trùng chuột đông khô mà Giáo sư Wakayama hiện đang lưu trữ trên ISS sẽ được đưa trở lại Trái Đất vào năm 2025 để nghiên cứu, Giáo sư Wotring nói rằng: "Mục tiêu của chúng tôi là bảo quản (tế bào sinh sản) trong nhiệt độ phòng với thời gian mãi mãi".

Duy trì cư dân không gian

Con người được đánh giá là còn rất lâu nữa mới trở thành loài có thể cư trú trên nhiều hành tinh, nhưng với những kết quả nghiên cứu hiện nay thì điều này vẫn đang có những bước tiến nhất định. Vào cuối năm 2026, chương trình Artemis do NASA dẫn đầu sẽ đưa các phi hành gia đáp lên Mặt Trăng một lần nữa. Đây cũng là nơi mà loài người kỳ vọng có thể tiếp tục có sự hiện diện liên tục. Và nếu dự đoán của tỷ phú Elon Musk - người sáng lập SpaceX là chính xác, sứ mệnh tàu vũ trụ có người lái đầu tiên tới Sao Hỏa có thể sẽ diễn ra trong 4 năm tới .

Các nhà khoa học đã biết rằng du hành vũ trụ có thể tàn phá cho sức chịu đựng của cơ thể con người. Bức xạ vũ trụ có thể gây ra đột biến trong phân tử mang thông tin di truyền (DNA) làm tăng nguy cơ ung thư và gây ra các bệnh khác. Vi trọng lực có thể gây ra các vấn đề về thị lực, hệ thống miễn dịch suy yếu, tiêu biến cơ và xương.

Giáo sư Wotring cho biết những minh chứng đó cho thấy còn nhiều mối quan tâm cấp bách hơn là vấn đề sinh sản. Vị giáo sư này nói thêm: "Có những dữ liệu khác mà chúng ta cần nắm ngay bây giờ để chăm sóc các phi hành gia mà chúng ta đang gửi lên vũ trụ. Điều đó phải được ưu tiên".

Phi hành gia Akihiko Hoshide của Cơ quan Thám hiểm hàng không vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đã tiến hành rã đông mẫu phôi chuột trên ISS vào năm 2021 nhằm tìm hiểu cách môi trường không gian ảnh hưởng đến các giai đoạn sinh sản quan trọng.

Ông cho biết nếu không trọng lực, phôi đã thụ tinh có thể sẽ không phát triển bình thường. DNA bị hư hỏng trong tinh trùng và trứng có thể truyền các bất thường về di truyền cho thế hệ tiếp theo. Ông nói: "Sự hình thành hệ thần kinh và sự phát triển của các chi… chúng ta không biết liệu điều này có diễn ra bình thường trong điều kiện vi trọng lực".

Ông nhấn mạnh rằng công trình nghiên cứu này có thể được sao chép và phát triển trên các loài khác. Điều này có thể hữu ích cho việc vận chuyển các loài động vật như chó để bầu bạn và gia súc như bò để làm thực phẩm đến các hành tinh khác.

Ông Wakayama dự định sẽ tiếp tục nhắm tới chuột cho nghiên cứu mới. Dự án IVF của ông đã được cơ quan vũ trụ Nhật Bản chấp thuận, nhưng thiết bị sẽ được sử dụng để hoàn thành IVF vẫn đang trong quá trình phát triển. Ông hy vọng rằng các thiệt bị này sẽ sẵn sàng để phóng lên ISS trong vòng 2 năm tới.

Ông nói rằng: “Trong các bộ phim khoa học viễn tưởng, con người sống trên các hành tinh khác và trẻ sơ sinh được sinh ra, nhưng chúng ta thậm chí còn chưa biết liệu điều đó có khả thi hay không”.

Ông hy vọng các thí nghiệm của mình có thể giúp làm sáng tỏ liệu con người có thể sinh sản và phát triển bình thường trong môi trường khắc nghiệt của không gian hay không. Ông cho biết: “Nếu chúng ta có thể xác nhận điều đó, nó sẽ mang lại sự an tâm. Và nếu nó không hiệu quả, chúng ta cần hiểu cách giải quyết thách thức đó”. Tuy nhiên, Giáo sư Wakayama tin rằng công trình của ông sẽ rất quan trọng khi con người dành nhiều thời gian hơn trong không gian.