Kinderkriegen auf dem Mars: Ein unlösbares Problem?

Spulen wir ein paar Jahrzehnte in der menschlichen Geschichte vor. Es ist nicht völlig undenkbar, dass wir dann auf dem Mars leben könnten, wo wir Habitate bauen, in Rovern umherfahren, unter der Oberfläche Ressourcen abbauen und die erste Generation zweibeiniger Marsianer zeugen.

Nur dass niemand so genau weiß, ob sich Menschen jenseits der Erde überhaupt erfolgreich fortpflanzen können, ob nun im Weltraum oder auf einem fremden Planeten. Der Geschlechtsverkehr in der Schwerelosigkeit (oder bei sehr geringer Schwerkraft) stellt ein physikalisches Problem dar. Aber auch darüber hinaus gibt es viele offene Fragen darüber, wie der Weltraum sich auf die biologische Abfolge von Ereignissen auswirkt, die extrem präzise ablaufen müssen, damit ein neuer Mensch entstehen kann – von der Befruchtung der Eizelle bis hin zum Stillen des Babys.

Das liegt aber nicht daran, dass noch niemand versucht hat, diese Fragen zu beantworten. Es gab bereits Experimente mit Mäusen, Ratten, Salamandern, Fröschen, Fischen und diversen Pflanzen, bei denen untersucht wurde, wie sich Raumflüge auf die Fortpflanzung auswirken. Einfach ausgedrückt: Die Ergebnisse sind bislang durchwachsen und nicht gerade eindeutig.

„An all unsere Tech-Gurus, die wollen, dass wir eine multiplanetare Zivilisation werden: Das ist eine Schlüsselfrage, die bislang noch niemand beantwortet hat“, sagt der Arzt Kris Lehnhardt von der Baylor University, der auf Weltraummedizin spezialisiert ist.

„Alle konzentrieren sich nur auf die Hardware, und Hardware ist auch eine tolle Sache. Aber am Ende ist es der formbare Fleischsack, der alles versaut. Wenn man das menschliche System bei künftigen Plänen und Designs nicht berücksichtigt, kann das nur in Fehlschlägen enden.“

Jahrzehnte an Tests und viele offene Fragen

Auf der Erde sind die evolutionären Prozesse genau an jene Kraft angepasst, welche jede Lebensumgebung auf unserem Planeten bestimmt: die Schwerkraft. Im Weltall gibt es größtenteils keine für Menschen nennenswerte Gravitation und auf dem Mars beträgt sie nur 38 Prozent dessen, woran wir auf der Erde gewöhnt sind. Bislang hat noch niemand auch nur ansatzweise herausgefunden, wie sich eine Umgebung mit geringer Schwerkraft auf die Reproduktion von Säugetieren auswirkt.

Zudem ist die Strahlung im Weltall stärker und potenziell schädlicher als hier auf der Erde, da das Magnetfeld den Planeten vor kosmischen Teilchen schützt. Hohe Strahlungsdosen sind schon heute ein ernstzunehmendes Problem für erwachsene Astronauten, weshalb die Weltraumagenturen die Strahlenbelastung ihrer Astronauten im Orbit genau überwacht. Was die Strahlung bei einem Fötus bewirken könnte, der sich noch in kritischen Entwicklungsphasen befindet, macht Forschern noch größere Sorgen.

Die Auswirkungen dieser beiden Faktoren – Schwerkraft und Strahlung – auf die Fortpflanzung sind bislang die großen Problemfelder, die Forscher zu ergründen versuchen. Aufgrund ethischer Bedenken zur Erforschung medizinischer Risiken am Menschen haben Wissenschaftler jahrzehntelang diverse andere Tiere und Gewebeproben ins Weltall befördert.

Bei frühen sowjetischen Experimenten in den späten Siebzigern wurden unter anderem mehrere Ratten an Bord des Satelliten Cosmo 1129 in den Orbit geschossen. Als sie zurückgekehrt waren, gab es Hinweise darauf, dass sich die Ratten im Weltall gepaart hatten. Allerdings brachte keines der Weibchen Jungtiere zur Welt, was niemanden überraschen dürfte, der Nagetiere erforscht und um ihre Empfindlichkeit gegenüber störenden Umwelteinflüssen weiß.

Später schickte die NASA-Wissenschaftlerin April Ronca trächtige Ratten in den Orbit und beobachtete, wie sich der Raumflug auf die späteren Phasen der Schwangerschaft auswirkte. Zurück auf der Erde verlief die Geburt mehr oder weniger normal. Andere Forschungsarbeiten deuten aber darauf hin, dass Rattennachwuchs, der Mikrogravitation ausgesetzt war, ein abnormales Gleichgewichtsorgan im Innenohr ausbildete.

Der Raumflug schien auch die Spermienzahl der Ratten zu senken, während sich weitere Abnormitäten häuften. Dennoch hat Ronca geschrieben, dass „die verfügbaren Daten darauf hindeuten, dass zahlreiche Aspekte der Trächtigkeit, Geburt und frühen Säugetierentwicklung in veränderter Schwerkraft vonstattengehen können“.

Bei Mäusen sieht die Sache ähnlich komplex aus. Forschungen deuten darauf hin, dass die beiden Nagetierarten auf eine veränderte Gravitation unterschiedlich reagieren. Zweizellige Mäuseembryos, die mit dem Space Shuttle Columbia ins All geschickt wurden, entwickelten sich im Gegensatz zu ihrer Kontrollgruppe auf der Erde nicht weiter. Später zeigten Studien in simulierter Mikrogravitation (die über ein sogenanntes Klinostat erzeugt wird), dass In-vitro-Fertilisation dort zwar normal stattfinden konnte, in Mikrogravitation gezüchtete Embryos sich nach der Implantation in eine Maus jedoch nicht normal entwickelten.

Kürzlich ging aus einer japanischen Studie hervor, dass gefriergetrocknetes Mäusesperma nach neun Monaten Aufenthalt im All noch Embryos produzieren konnte. Andere Studien zeigten, dass sich Grillen, Fadenwürmer und Fruchtfliegen während eines Raumflugs erfolgreich fortpflanzen können. Japanische Medakas paarten und reproduzierten sich an Bord des Space Shuttles Columbia.

Derweil gingen aus Eiern des Spanischen Rippenmolchs, die an Bord der russischen Raumstation Mir befruchtet wurden, Larven hervor, die allerdings einige Veränderungen aufwiesen. Experimente mit Seeigeln deuteten ebenfalls darauf hin, dass eine Befruchtung im Weltall stattfinden kann, die Mikrogravitation sich allerdings dramatisch auf die Bewegungen der Spermien auswirkt. Wachteleier, die an Bord der Mir in einem Brutkasten aufbewahrt wurden, entwickelten sich nicht normal.

Insgesamt zeichnen diese und andere Experimente nicht gerade ein kohärentes Bild davon, wie sich der Raumflug auf die Fortpflanzung auswirkt.

„Wenn man die Reproduktion in all ihre verschiedenen Abschnitte unterteilt [...], dann gab es nie ein wissenschaftliches Forschungsprogramm, das sich speziell der Untersuchung jener Auswirkungen gewidmet hat, die der Weltraum auf jeden dieser Abschnitte hat“, sagt Lehnhardt. „Es ist eine Sache zu wissen, dass es überhaupt möglich ist, aber eine andere zu wissen, dass es sicher und mit einem guten Ergebnis erfolgen kann.“

Insgesamt sieht es für Säugetiere aber nicht gut aus. Ihre embryonale Entwicklung beginnt mit einem komplizierten wechselseitigen Austausch zwischen Mutter und Fötus – und danach wird es nur noch komplexer.

„Fast alle Studien haben gezeigt, dass die Dinge im Weltraum entweder überhaupt nicht funktionieren oder nicht so gut wie auf der Erde. Wenn wir mit der Forschung weiter voranschreiten, brauchen wir bessere und größer angelegte Studien – und Studien am Menschen“, sagt James Nodler von der Houston Fertility Clinic, der die Zusammenhänge zwischen Schwerkraft und embryonaler Entwicklung erforscht hat.

Von Mäusen und Menschen

Ein Team des Langley Research Center der NASA hat ein Experiment entworfen, das es Forschern ermöglichen würde, die Langzeiteffekte von Mikrogravitation auf die Fortpflanzung von Säugetieren zu untersuchen – eine wichtige Thematik für jedes Szenario, in dem Menschen über einen langen Zeitraum auf dem Mars leben würden.

„Bevor beträchtliche Investitionen in Projekte gesteckt werden, die solche wegweisenden Bestrebungen zum Ziel haben, müssen erst mal die Herausforderungen der Säugetierfortpflanzung in Mikrogravitation über mehrere Generationen hinweg erforscht werden“, schreiben die Wissenschaftler. „In einer Schwerkraft, die sich von der der Erde unterscheidet, könnten Menschen vielen Problemen bei der Fortpflanzung begegnen, da Gravitationskräfte die Prozesse des Lebenszyklus von Säugetieren beeinträchtigen und aktiv Genome auf vererbliche Weise verändern können.“

Bei dem NASA-Experiment würde eine Mäusekolonie in einen Mondorbit gebracht werden. In ihrem rotierenden Habitat, das fast komplett autonom betrieben wird, könnten sie mit Hilfe von 600 Kameras beobachtet und über ein Robotersystem versorgt werden.

In diesem sogenannten MICEHAB würden Forscher die Auswirkungen des Raumflugs und der Mikrogravitation an mindestens drei Generationen von Mäusen pro Jahr erforschen, während die Wissenschaftler die Geburtsraten und den Gesundheitszustand der Tiere im Auge behalten.

Etwa einmal pro Jahr würde die autonome Mäusekolonie mit einem menschlichen Habitat im Mondorbit zusammentreffen. So könnten Astronauten Proben des Experiments nehmen und notwendige Wartungsarbeiten durchführen. Ziel soll es sein, das Experiment zehn Jahre lang zu betreiben.

„Studien zur Reproduktion von Säugetieren in Mikrogravitation sollten vor Ende der 2020er durchgeführt werden, damit die Ergebnisse bei Designentscheidungen für bemannte Marsmissionen berücksichtigt werden können“, schreiben die Wissenschaftler. „Eine dauerhafte Besiedelung der Oberfläche könnte sich als unausführbar herausstellen, wenn die Probleme bei der Fortpflanzung zu groß sind, um sie zu überwinden.“

Bislang deutet jedoch nichts darauf hin, dass das MICEHAB bald in Richtung Mond aufbrechen wird. Und selbst, wenn es das täte, befürchten einige Wissenschaftler, dass es jene Fragen nicht beantworten könnte, die uns Menschen betreffen. Die menschliche Fortpflanzung unterscheidet sich selbst von der Fortpflanzung anderer Primaten enorm. Kein bislang untersuchter Organismus ist ein adäquater Ersatz dafür, sagt Nodler. Der Endokrinologe hat sich auf assistierte Reproduktionstechniken spezialisiert.

„Wenn man sich frühe IVF-Studien ansieht, dann wurden da viele Mäuse- und Primatenstudien übersprungen, weil das einfach nicht dasselbe ist“, sagt er. „Man kann nicht genug betonen, dass wir irgendwann Studien am Menschen durchführen müssen, um herauszufinden, was da wirklich passiert.“

Embryos und Ethik

Die Entscheidung darüber, welche Experimente durchgeführt werden sollen, hängt ganz von der Zielsetzung ab, kommentiert Nodler. Und davon, ob wir ein bisschen von den „normalen“ Rahmenbedingungen der Fortpflanzung abweichen und uns potenziell eher auf assistierte Reproduktionstechnologien verlassen wollen, um eine Generation von Marsianern hervorzubringen.

„Geht es darum, dass wir herausfinden wollen, ob wir einen Mann und eine Frau ins All schicken können, die beiden dort Sex haben und ein Baby bekommen können?“, fragt er. „Oder lautet die Frage eher, ob wir einen Haufen Embryos auf der Erde einfrieren, sie zum Mars schicken und dort auftauen können?“

Das erste Experiment wäre technisch recht einfach durchzuführen, hat aber vielleicht ein paar ethische Tücken. Die Erforschung der genauen Auswirkungen des Weltalls auf menschliche Embryos wäre etwas komplizierter, mit der heutigen Technik aber absolut möglich. Allerdings gäbe es da weitaus mehr ethische und moralische Bedenken.

Beispielsweise könnten Wissenschaftler Spermien und Eier zur ISS schicken und dort eine In-vitro-Fertilisation versuchen, um herauszufinden, ob der Prozess funktionieren würde. Dann könnte man vergleichen, wie viele Embryos sich im Vergleich zu Kontrollgruppen auf der Erde entwickelt haben.

Galerie: Weltall: Was wollen wir da?

Wissenschaftler könnten auch bereits befruchtete Eier zur ISS schicken und beobachten, wie sich der Weltraumaufenthalt auf die Entwicklung, DNA-Schäden und deren Reparatur auswirkt. Das könnte man Nodler zufolge mit solchen Embryos machen, die ohnehin schon keine Chance hätten, sich normal zu entwickeln – und damit vielleicht einige der ethischen Bedenken ausräumen. Der echte Test würde aber darin bestehen, die Auswirkungen auf lebensfähige Embryos zu testen.

„Am besten lässt man sie für sechs oder zwölf Monate im gefrorenen Zustand auf der ISS, bringt sie dann zur Erde zurück und versucht, sie bis zu einer Lebendgeburt zu kultivieren. Es wäre aber wirklich äußerst schwierig, dafür eine Genehmigung zu bekommen. Aber irgendwann kommt der Punkt, an dem man das versuchen muss“, sagt er. „Wir haben Tausende von ausgesonderten Embryos, bei denen uns die Patienten die Erlaubnis gegeben haben, sie für die wissenschaftliche Forschung zu benutzen. Das Problem ist eher, jemanden dazu zu bekommen, uns die Genehmigung für ihren Einsatz in der Forschung zu erteilen.“

Lehnhardt ist ebenfalls der Ansicht, dass es schwierig sein dürfte, die menschliche Fortpflanzung im Weltall zu erforschen, wenn man nicht an Menschen forscht. Das bedeutet auch, dass man willens sein muss, nicht nur die wissenschaftlichen Herausforderungen zu bewältigen, sondern auch das ethische Dilemma – und zwar so bald wie möglich.

„Die moralischen und ethischen Herausforderungen werden nicht einfach verschwinden“, sagt er. „Deshalb müssen wir uns ihnen einfach ganz direkt stellen, wenn wir in Zukunft an solchen Themen forschen.“

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.