日米オープンプラットフォームパートナーシッププログラム（JP-US OP3）に基づき、宇宙航空研究開発機構（JAXA）と米国航空宇宙局（NASA）は、国際宇宙ステーション（ISS）の日本実験棟「きぼう」上で重要な共同ミッションを実施した。微小重力から1Gまでの人工重力環境を模擬できるJAXA独自の可変重力研究システム（MARS）を利用し、4つの異なる重力レベルでマウスを約1か月間培養した。 2026 年 3 月 14 日に権威ある学術誌 *Science Advances* に掲載されたこの先駆的な研究の結果は、生物学的反応における重力への顕著な線形依存性を明らかにし、宇宙飛行士の健康に重大な影響を及ぼします。
研究では、姿勢を維持するために不可欠な抗重力筋であるヒラメ筋に特に焦点を当てました。遺伝子発現などの分子変化だけでなく、筋力や筋電図などの機能評価も含めた包括的な解析が行われました。この研究結果は、微小重力下での筋萎縮は重症度レベルに応じてほぼ直線的に変化することを示しており、筋肉量と機能を維持するには最低 0.67G が不可欠であることを示唆しています。
筋肉の分析と並行して、血液成分の詳細な調査により、重症度に応じた血液指標の変化が特定されました。重力環境の違いを反映する11の候補バイオマーカーが同定され、血液検査などの低侵襲な方法を通じて生体に対する重力の影響を評価するための新たな扉が開かれました。シミュレートされた重力環境には次のものが含まれます。
– 微小重力: 重力の不在。
– 0.33G: 火星の重力に相当します。
– 0.67G: 火星と地球の中間の重力。
– 1G: 地球の重力に相当します。
重力に対する筋肉の反応の理解の進歩
この研究では、姿勢に重要なヒラメ筋の分析をさらに深く掘り下げ、分子レベルから機能レベルに至る一連のテストをマウスに受けさせました。 JAXA、筑波大学、東北大学、ハーバード大学などの国際科学者チームは、重力変動に対する筋肉の知覚と反応を理解しようと努めました。
その結果、微小重力条件下での筋肉の消耗または萎縮の直線性と、さまざまな重力レベルとの関係について、前例のない明確さが得られました。筋肉量と機能を維持するには少なくとも0.67Gが必要であるという発見は、宇宙飛行士の健康を守る戦略を定義するための基礎データを提供する。
空間評価のための革新的な血液バイオマーカー
筋肉の研究に加えて、研究チームはさまざまな重力環境にさらされたマウスの血液成分の詳細な分析を実施した。この補完的なアプローチは、重力によって引き起こされる適応やストレスを反映する可能性のある体系的な指標を特定することを目的としていました。
11 の有望な血液バイオマーカーの同定は、大きな進歩を意味します。これらのマーカーは、重力が変化する環境で観察される生物学的変化を裏付けるだけでなく、侵襲性の低い方法で宇宙飛行士の健康状態を監視するための革新的なツールとなる可能性があり、長期ミッション中の重力の影響を定期的にリアルタイムで評価できるようになります。簡単な血液検査を通じて生体に対する重力の影響の程度を推定できる可能性は、将来の探査における健康プロトコルを最適化できる可能性があります。
有人宇宙探査と部分重力の課題
米国主導のアルテミス計画が有人月探査と火星ミッションのビジョンを後押しする中、人類は深宇宙での存在という新たな時代に向けて準備を進めている。克服すべき最大の障害の 1 つは、重力の低下が深宇宙と月や火星の表面の両方で生物に及ぼす悪影響です。
骨格筋に関する知識はここ数十年でかなり進歩しましたが、全微小重力と地球重力（1G）の間にある部分重力環境において生物学的反応がどのように挙動するかについての理解には依然としてギャップがあります。具体的には、重力に対する応答における線形関係の存在と、これが血液などの容易に評価できる指標とどのように関連するかが完全には理解されていませんでした。
この JAXA-NASA の研究は、重力を定量的パラメータとして使用した生物学的反応の世界的な体系的な理解を初めて提供します。この科学的根拠は、医療リスクを評価し、部分重力に常にさらされる月や火星を目指す将来の長期有人ミッションに対する効果的な対策を開発するために極めて重要です。
「きぼう」モジュールにおけるMARSシステムの重要な役割
この革新的な研究を実現できるのは、JAXAが開発し、ISS日本実験棟「きぼう」に搭載された独自の装置「可変重力研究システム（MARS）」によるところが大きい。 MARSは、微小重力から1Gまでの連続した人工重力環境でマウスを成長させることができる世界で唯一の装置です。
MARS が登場する前に、微小重力が筋肉の量と質に影響を与えることは、地上シミュレーションと短期宇宙実験ですでに示されていました。しかし、筋繊維の萎縮や変化を防ぐために必要な重症度の「閾値」は謎のままだった。 MARS はこの制限を克服し、研究者が宇宙の微小重力環境におけるさまざまな重力レベルを正確に再現して比較できるようにし、貴重なデータを提供しました。
骨格筋: 空間における感受性と適応
重力は、地球上の生物の身体機能を維持するための最も基本的かつ重要な環境要因の 1 つです。心血管系、免疫系、平衡系などのいくつかの生物学的機能は、重力の影響を大きく受けます。特に骨格筋は、この因子のあらゆる変動に対して顕著な感受性を示します。
宇宙飛行士が宇宙に長期滞在すると、筋萎縮として知られる筋肉量の大幅な減少と、それに対応する筋力の低下を経験することは既知の事実です。この現象は、長期にわたる宇宙ミッションにおける最大の医学的課題の 1 つを表しています。筋肉は遅筋や速筋などのさまざまな種類の筋線維で構成されており、それぞれ異なる速度とエネルギー使用パターンを持っています。地球上では、遅筋線維は姿勢を維持するために重力に逆らって働き続けています。しかし、微小重力環境では、その活性が大幅に低下するため、これらの線維が減少し、速筋特性を持つ線維に変化する「筋線維のタイプ変換」が起こります。この変化は筋肉量を減少させるだけでなく、持久力や筋肉の一般的な機能も損ない、宇宙飛行士の身体能力に影響を与えます。
将来のミッションと宇宙飛行士の安全への影響
JAXA と NASA によるこの研究は、将来の長期にわたる有人ミッションに伴う医療リスクを評価し、軽減するための基本的な科学的枠組みを確立します。この研究は、重力に対する生物学的反応の依存性を定量化し、筋肉維持の重要な閾値を特定することにより、重要なデータを提供します。この発見は、より効果的な対策を開発し、月や火星への旅の宇宙飛行士の健康とパフォーマンスを保護し、有人宇宙探査の持続可能性を確保するためのガイドラインを策定するのに直接役立つことになる。
