Wie sich Schwerelosigkeit auf die Fruchtbarkeit auswirkt – und warum das wichtig ist

Die Menschheit hat Jahrzehnte damit verbracht, zu lernen, wie man im Weltraum überlebt. Astronauten können monatelange Schwerelosigkeit aushalten, Knochenschwund bewältigen und mit Strahlung fertig werden. Aber eine grundlegende Frage bleibt weitgehend unbeantwortet: Können sich Menschen außerhalb der Erde fortpflanzen?

Da Raumfahrtbehörden mehrjährige Marsmissionen planen und private Unternehmen über permanente Siedlungen diskutieren, ist die Reproduktionsbiologie in der Schwerelosigkeit zu einer der dringendsten – und am wenigsten verstandenen – Fronten der Raumfahrtmedizin geworden.

Spermien können schwimmen, aber sie verirren sich

Auf der Erde spielt die Schwerkraft eine subtile, aber entscheidende Rolle bei der Führung von Spermien in Richtung einer Eizelle. Der weibliche Fortpflanzungstrakt bildet ein komplexes Labyrinth aus Kanälen, und Spermien verlassen sich auf eine Kombination aus chemischen Signalen, Flüssigkeitsströmung und Gravitationshinweisen, um sich darin zurechtzufinden.

Forschungen, die in Communications Biology von Wissenschaftlern des Robinson Research Institute der University of Adelaide veröffentlicht wurden, zeigten, dass Spermien unter simulierter Schwerelosigkeit ihre Fähigkeit zum Schwimmen beibehielten – aber ihren Orientierungssinn verloren. Weitaus weniger Spermien navigierten erfolgreich durch Kanäle, die den Fortpflanzungstrakt nachahmen sollten, als unter normalen Schwerkraftbedingungen.

Interessanterweise stellte das Hormon Progesteron die Navigationsfähigkeit der Spermien teilweise wieder her, was darauf hindeutet, dass chemische Interventionen eines Tages das Fehlen der Schwerkraft kompensieren könnten. Der Effekt war jedoch begrenzt, und Forscher warnen davor, von einer einfachen Lösung auszugehen.

Die Befruchtungsrate sinkt stark

Selbst wenn Spermien die Eizelle erreichen, schafft Schwerelosigkeit weitere Hindernisse. In Tierstudien sanken die Befruchtungsraten unter Schwerelosigkeit deutlich. Mauseizellen zeigten einen Rückgang der erfolgreichen Befruchtung um 30 Prozent über vier Stunden, während Schweineeizellen einen Rückgang um 15 Prozent erfuhren. Dies sind keine trivialen Zahlen – sie deuten darauf hin, dass Schwerelosigkeit den molekularen Tanz, der für die Verschmelzung von Spermien und Eizelle erforderlich ist, grundlegend stört.

Embryonen entwickeln sich – aber nicht normal

Ein bahnbrechendes Experiment an Bord der Internationalen Raumstation untersuchte 720 gefrorene Mausembryonen, die in der Umlaufbahn aufgetaut und kultiviert wurden. Während einige Embryonen das Blastozystenstadium erreichten – den hohlen Zellball, der sich in der Gebärmutter einnistet –, war die Erfolgsrate deutlich geringer als auf der Erde. Nur etwa 24 Prozent der überlebenden Zellen unter Schwerelosigkeit erreichten das Blastozystenstadium, verglichen mit 31 Prozent unter künstlicher Schwerkraft, die durch eine bordeigene Zentrifuge erzeugt wurde.

Besorgniserregender ist, dass 25 Prozent der Schwerelosigkeits-Blastozysten eine abnormale Zellpositionierung aufwiesen, wobei Zellen, die den Fötus bilden sollten, an den falschen Stellen auftraten. Auf der Erde hilft die Schwerkraft schwereren inneren Zellmassen, sich am Boden der Embryohöhle abzusetzen und so den Körperbauplan festzulegen. Ohne diesen Gravitationsanker kann die embryonale Architektur schiefgehen.

Strahlung fügt eine weitere Risikoschicht hinzu

Schwerelosigkeit ist nur die halbe Miete. Jenseits der schützenden Magnetosphäre der Erde sind Astronauten einer hochenergetischen kosmischen Strahlung ausgesetzt, die insbesondere auf Fortpflanzungszellen abzielt. Eierstockfollikel und spermienproduzierende Zellen gehören zu den strahlungsempfindlichsten Geweben im Körper.

Modelle schätzen, dass die Strahlenbelastung während einer typischen Marsmission die ovarielle Reserve einer Frau – ihren lebenslangen Vorrat an Eizellen – um etwa 50 Prozent reduzieren könnte. Bei Männern verringert Strahlung die Spermienzahl und den Testosteronspiegel, obwohl sich männliche Fortpflanzungszellen teilweise aus überlebenden Stammzellen regenerieren können, eine Option, die den Eierstöcken nicht zur Verfügung steht.

Ein sechsmonatiger ISS-Aufenthalt setzt Astronauten einer Strahlung von 54–108 Millisievert aus. Eine Mars-Rundreise könnte jährlich 210–1.070 Millisievert liefern – was die Schwellenwerte für vorübergehende Unfruchtbarkeit erreicht oder überschreitet.

Warum diese Forschung jetzt wichtig ist

Noch nie hat ein Mensch im Weltraum gezeugt, und ethische Zwänge erschweren direkte Experimente. Die meisten aktuellen Erkenntnisse stammen aus Tiermodellen und bodengestützten Simulationen mit Klinostaten – rotierenden Geräten, die den Schwerkraftvektor mitteln, um Schwerelosigkeit nachzuahmen.

Aber der Zeitplan wird enger. Das Artemis-Programm der NASA zielt darauf ab, eine nachhaltige Mondpräsenz aufzubauen, und mehrere Organisationen entwickeln Mars-Transitarchitekturen für die 2030er Jahre. Wenn Siedlungen autark werden sollen, darf die Fortpflanzung nicht länger eine Nebensache bleiben.

Forscher untersuchen mehrere Gegenmaßnahmen: künstliche Schwerkraft durch rotierende Lebensräume, Hormonpräparate zur Verbesserung der Gametenfunktion und fortschrittliche Abschirmung gegen kosmische Strahlung. Einige Wissenschaftler haben auch vorgeschlagen, Eizellen und Spermien vor langen Missionen kryokonservieren zu lassen, um eine reproduktive Versicherungspolice zu haben.

Die Wissenschaft steckt noch in den Kinderschuhen, aber die Botschaft ist klar – Menschen ins All zu bringen war die erste große Herausforderung. Sicherzustellen, dass sie dort Familien gründen können, könnte die nächste sein.