Das macht Schwerelosigkeit mit dem Körper

Das Leben auf der Erde hat sich unter konstanter Schwerkraft entwickelt. Auch Säugerzellen sind perfekt darauf eingestellt. Erstaunlicherweise können sie sich aber innerhalb von Sekunden auf Schwerelosigkeit einstellen und sind damit robuster als erwartet, wie eine Studie an Bord der Raumstation ISS unter Leitung der Uni Zürich zeigt.

Gesundheitsrisiken für Astronauten

Egal ob es um lange Aufenthalte auf der internationalen Raumstation ISS oder um eine bemannte Mars-Mission geht: Bei Raumfahrtprojekten stellt sich auch immer die Frage nach Gesundheitsrisiken für die Astronauten. Zahlreiche Studien haben teils desaströse Veränderungen an Zellen nachgewiesen, nachdem sie Stunden oder Tage in der Schwerelosigkeit waren. Trotzdem kehren Astronauten nach Wochen im All ohne schwere Gesundheitsprobleme zurück.

Wie Zellen auf Schwerelosigkeit reagieren

Um diesem Rätsel auf den Grund zu gehen, hat ein internationales Forscherteam um Oliver Ullrich und Cora Thiel von der Uni Zürich untersucht, wie Zellen auf Schwerelosigkeit reagieren. Sie haben dabei ein erstaunliches Anpassungspotenzial entdeckt, mit dem sich Zellen offenbar auch auf Umweltreize einstellen können, denen sie vorher nicht ausgesetzt waren.

Die Versuche führte die ESA-Astronautin Samantha Cristoforetti an Bord der internationalen Raumstation ISS durch: Sie setzte Immunzellen (Makrophagen) aus Ratten mithilfe von Zentrifugen einem Wechsel zwischen Schwerelosigkeit und Gravitationskräften wie auf der Erde aus. Die Reaktion der Immunzellen wurde dabei in Echtzeit verfolgt und die Daten zur Erde übermittelt.

Mechanismus des Immunsystems untersucht

Im Fokus der Forscher stand der sogenannte oxidative Burst, ein in der Evolution uralter Mechanismus des angeborenen Immunsystems, um Krankheitserreger abzutöten. Diese "oxidative Burst"-Reaktion der Immunzellen ist unter Schwerelosigkeit blockiert, wie das Forscherteam bereits in früheren Experimenten herausgefunden hatte.

Das beobachteten sie auch jetzt bei den Experimenten an Bord der ISS, allerdings mit einer überraschenden Wendung: "Die Immunabwehr brach sofort nach Eintritt der Schwerelosigkeit ein, die Abwehrzellen erholten sich aber überraschenderweise innerhalb von 42 Sekunden wieder vollständig", fasste Ullrich das Ergebnis zusammen. Davon berichteten die Forscher im Fachblatt "Scientific Reports".

Das Ergebnis kam unerwartet im Hinblick darauf, dass frühere Studie eben solch desaströse Veränderungen an Zellen in Schwerelosigkeit gefunden hatten. "Zum einen kann das daran liegen, dass die Anpassung bei manchen Zellen gelingt und bei manchen nicht. Man sieht bei solchen Experimenten eine große Bandbreite von Reaktionen", erklärte Ullrich im Gespräch mit der Nachrichtenagentur sda.

Zum anderen könne es an der Art der in dieser Studie verwendeten Zellen liegen: "Eine der Aufgaben der Makrophagen im Immunsystem besteht darin, tote Zellen aufzuräumen", sagte Ullrich. "Es könnte also sein, dass sie besonders anpassungsfähig sind, um andere beschädigte und abgestorbene Zellen nachher wegzuräumen." Das könnte auch einer der Gründe sein, warum Astronauten in der Regel in guter Verfassung von der ISS zurückkehren, selbst wenn einige ihrer Zellen unter der Schwerelosigkeit gelitten haben sollten.

Anpassung an nie dagewesene Umweltreize

"Es scheint paradox", sagte Thiel laut Mitteilung der Uni Zürich: "Zellen sind fähig, sich ultraschnell an die Schwerelosigkeit anzupassen. Aber sie waren ihr in der Entwicklungsgeschichte des irdischen Lebens nie ausgesetzt." Daraus ergeben sich nach Angaben der Forscherin weitere Fragen zur Robustheit des Lebens.

"Wir vermuten, dass Zellen ein Repertoire an Mechanismen besitzen, um sich an noch nicht dagewesene Umweltreize anzupassen", ergänzte Ullrich im Gespräch. Möglich wäre auch, dass Zellen auch auf der Erde mitunter gewissen Schwerkraftschwankungen ausgesetzt sind - beispielsweise bei Beschleunigung - und die Anpassung daran auch für die Schwerelosigkeit greift.

Spannend ist die Entdeckung in jedem Fall: "Wir haben hier Hinweise auf ein in den Zellen molekular angelegten Mechanismus, der Änderungen in der Schwerkraft wahrnimmt und ein Anpassungsprogramm anwirft", erklärte Ullrich. Bisher sei es ein komplettes Mysterium, wie Zellen überhaupt Schwerkraft wahrnehmen. Nun wollen er und sein Team diesen Mechanismus weiter erforschen, um dem "Schwerkraftsinn" von Zellen nachzuspüren.