ネズミの糞が人類を火星へ導くかもしれない

国際宇宙ステーションにいる宇宙飛行士が用を足すときは、排泄物を狭い穴から注意深く密閉されたトイレに流す。最終的に、排泄物は地球の大気圏に放出された際に爆発して燃え上がる。今年、ISSに同行する20匹のネズミの排泄物の運命はそれほど派手ではないが、同じくらいドラマチックだ。6月29日に宇宙に飛び立ったネズミは、微小重力がネズミの体と体内リズムに与える影響に関するデータを科学者に提供するためにISSにやって来た。そのデータの一部はネズミの排泄物に記録される。聞き覚えがあるだろうか？その通りだ。2015年、NASAは人間を対象に同じことを行った。Rodent Research-7研究は双子研究の兄弟研究で、宇宙飛行士のスコット・ケリーが1年間ISSに滞在し、弟のマーク・ケリーが地球上で対照群として活動した。科学者たちは、マウスのミッションを設計した研究者を含む、実験によって生成されたデータを何年もかけて精査してきた。

このマウスの狂気については、答えるべき疑問が山ほどある。イリノイ州エバンストンのノースウェスタン大学の主任研究員フレッド・トゥレックとマーサ・ビタテルナが率いる複数の研究機関の研究者らは、微小重力が動物の腸内細菌叢、胃腸機能、免疫機能、代謝、睡眠、概日リズムにどのような影響を与えるか（または乱すか）を調査する。

「私たちは宇宙計画に生物学を持ち込んでいます」と、NASA が宇宙飛行の物理的な課題に立ち向かうのを長年支援してきたトゥレック氏は言う。散らかった机に座っていても、概日リズムの研究に専念している研究室の廊下を歩き回っていても、トゥレック氏は地球外のものすべてに対する情熱で震えている。NASA のロゴが入った厚手のデニムシャツを着て、昔、ハムスターを連れて「嘔吐彗星」に乗ったことや (NASA が地球の大気圏を離れずに微小重力状態をテストするために使用する低重力航空機の俗称)、77 歳のジョン・グレン氏を再び宇宙に送るかどうか NASA に助言したこと (この宇宙飛行士は実際にもう 1 回宇宙旅行を行った) について詩的に語る。

しかし、トゥレック氏の日常生活は、かなり現実的なこと、つまり睡眠に捧げられています。彼は、哺乳類の 24 時間概日時計を動かしていると思われる遺伝子の発見など、体内の生物学的リズムに関する知識の多くを担っています。この体内時計は、哺乳類を日の出と日の入りに同期させ、睡眠や体温などのシステムを動かし、体重や病気への感受性などにも影響を与えます。

それがきっかけで、トゥレック氏は排便という意外な道に進んだ。人が通常の睡眠・覚醒サイクルを変えると、腸内の微生物群集、つまりマイクロバイオームも変化することが判明した。科学者が腸内マイクロバイオームについて学べば学ぶほど、それが人間の健康のさまざまな側面に影響を与えると考えられるようになった。現在、トゥレック氏とヴィタテルナ氏は、マイクロバイオームが人体を動かすリズムにどう影響するかを研究することに多くの時間を費やしている。

「ネズミは毛むくじゃらの小さな人間ではありません」とビタテルナは、近くの研究室で小さな昆虫の体内時計の実験中に逃げ出したショウジョウバエを叩きながら言う。しかし、げっ歯類は人間と非常に多くの遺伝的特徴や行動的特徴を共有しているため、実験上の類似物としては最も近いと彼女は説明する。

この実験は双子研究と同一のものではありません。兄弟実験とも言えるでしょう。

ケリー兄弟は、地球と宇宙で非常に異なる生活を送っているが、対照的に、RR-7 のネズミははるかに制限された（そして予測可能な）生活を送ることになる。あちこちで、ネズミたちはまったく同じ生息地に住み、同じおいしいネズミの餌を食べ、すべてを同期した環境条件で過ごすことになる。宇宙では、ネズミたちは、浮遊するネズミがつかむことができる金属の格子や、ネズミが自分の排泄物から隔離された生活を送るための設備を備えた閉鎖された生息地で暮らしている。そして、排泄物がステーションの他の場所に流れ込まないようになっている。地球に戻ると、対照となるネズミたちはまったく同じ囲いと環境で暮らしている（重力の問題は別として）。

宇宙ステーションからのデータはアラバマ州のジョージ・C・マーシャル宇宙飛行センターに送られ、そこで保管・アーカイブされる。関連データはフロリダ州のケネディ宇宙センターにも中継され、そこで技術者がマウスの生息地をISSの環境条件に合うようにプログラムする。地球のマウスは宇宙の仲間より3日遅れているため、チームは宇宙ステーションからの正確な測定結果に基づいて制御条件を設定できる。温度から湿度、CO2濃度まですべてがISSと完全に一致しており、動物の取り扱いから給餌、ケージの交換まですべての手順も同様である。

マウスはすべて、一連のテストを受けることになるが、宇宙で行われるテストには、地上での実験よりも少しだけ繊細さが求められる。例えば、地球上でマウスの糞をつかんだり、簡単な実験を行ったりするのは簡単だが、重力の助けなしにのたうち回るマウスを扱うのはそれほど簡単ではない。より難しい状況にもかかわらず、宇宙飛行士は2週間ごとに各マウスから貴重な糞の塊を入手する。実験期間中に各マウスの質量と骨密度を少なくとも2回測定し、採血し、48時間ごとに3回、マウスの生息環境を撮影する。そして、30日後に、10匹のマウスを「処理」（安楽死と解剖の丁寧な婉曲表現）する。生き残った10匹は、同じ犠牲を払うまでさらに2か月生きることになる。

マウスの年齢からすると3か月というのは長い期間で、平均的なマウスの寿命の約5%にあたります。ノースウェスタン大学の研究チームにとっては、その待ち時間はほぼ終わりのないものに思えるでしょう。彼らの本当の仕事は、マウスが地球に戻ってから始まるのです。雑然とした研究室の中で、技術者たちは死んだマウスのタンパク質レベルとホルモンプロファイルを評価し、ビデオ録画に記録された行動を評価します。技術者たちはまた、糞便を生理食塩水で溶かし、各ペレットからDNAを抽出し、その配列を決定します。

「それらは貴重なサンプルです」と、いくつかの検査を担当する研究技術者のクリス・オルカー氏は糞便について語る。研究室へ向かう途中、迷路のような同じような廊下を歩きながらバンドTシャツを着て静かに皮肉を言うオルカー氏だが、飼育し、解剖し、研究しているマウスについて話すときには真剣な表情になる。

技術チームは、失敗する方法は無数にあると説明する。小瓶をこぼしたり、化学物質の量を間違えたりすると、何年もかけて準備してきたことが無駄になり、今この瞬間も宇宙で行われている慎重な取り組みが台無しになる可能性がある。

綿密に計画されたミッションにはすでに困難が伴っている。打ち上げ前、チームは特に遊び好きなネズミのせいで混乱に陥った。「10匹のケージのどれを送るかは考えを変えました」とヴィタテルナは言う。体重から外見までネズミのあらゆる側面を観察することに「ある種の強迫観念」を抱いていた彼女は、ネズミの1匹がケージから飛び出したのに気づいたとき、宇宙で問題を引き起こすのではないかと心配した。その代わりに、チームは、NASAとの綿密な計画と調整の副作用である、終わりのないように見える緊急時対応策の1つに手を伸ばし、打ち上げ前の最後の1週間に10匹のネズミのまったく別のケージを送ることに決めた。今、もう少しで間に合わなかったネズミたちは宇宙で無重力状態で眠ったり排便したりしており、より活動的な兄弟たちは地球上で対照群として働いている。

彼らの排泄物には、無重力が腸内微生物叢に影響を与えたかどうか、またどのように影響を与えたかを示すデータが閉じ込められている。腸内微生物叢とは、免疫から体重、がん、精神衛生問題、糖尿病のリスクまで、あらゆるものに影響を及ぼす可能性がある、慎重にバランスが取れた微生物群である。

研究者たちは、この情報を利用して、マウスや人間における概日リズムの乱れと他の身体システムとの関連を調査したいと考えています。NASA は、この情報を基に、人類を安全に火星に送る計画を練るつもりです。この旅は、移動に 9 か月かかり、地球の半分以下の重力を持つ惑星で過ごす時間は不明ですが。

ケリーのような宇宙飛行士の身体が宇宙滞在の影響を現すには何年も、あるいは何十年もかかる可能性があるので、NASA は加速されたげっ歯類実験に多大な期待と信頼を置いている。RR-7 は、長時間宇宙で過ごす宇宙飛行士に微小重力がどのような影響を与えるかを理解することを目的とした、より大規模なプログラムのほんの一面である。

2014年に初飛行を行ったこのプログラムは、長期宇宙旅行のリスクをより迅速かつコスト効率よくプロファイリングする方法とみなされている。これまでにマウスから、筋肉組織の損失、宇宙での神経学的変化、骨の成長と治癒、脳と目の血管に関するデータが得られている。

NASA が宇宙で数か月過ごすことで起こり得る落とし穴について早く知れば知るほど、それを補う方法も早く開発できるようになり、火星やその他の遠く離れた微小重力のミッションから宇宙飛行士が帰還するときに、致命的な驚きに遭遇するのを避けることができるようになる。

ツインズテストの目的はこれでもある。一般の人々が結果の詳細を知るのは今年後半になる予定で、ヴィタテルナ氏はその実験について口を閉ざしている。しかし、将来人類が火星に行くのに役立つかもしれないマウスのペレットについて尋ねると、彼女は遠慮を捨てる。「廃棄物からこんなにたくさんのものが得られるなんて、うれしいです」と彼女はにっこり笑う。「何もせずに何かを得たようなものです」