Спутник с жизнью: мыши и мухи помогут подготовить человека к полетам на Луну и Марс
В России готовятся к запуску исследовательского аппарата «Бион-М2» с живыми организмами, в частности мышами и мухами-дрозофилами, на борту. Старт запланирован на июль 2025 года. Спутник выведут на полярную орбиту, где в будущем должна функционировать Российская орбитальная станция. Цель миссии — изучить влияние факторов космической среды на биологические объекты. Помимо прочего, ученые проверят, на какой глубине лучше строить убежища на Луне, чем заменить воду во время длительных путешествий и могла ли жизнь на Земле возникнуть из космоса.
Какие факторы опасны в космосе
На июль 2025 года намечен старт миссии «Бион-М2» — российского научного спутника с животными, растениями, семенами и микроорганизмами на борту. Аппарат предназначен для исследований в области космической биологии, физиологии и медицины. Его запустят с помощью ракеты-носителя «Союз-2.1а» с площадки № 31 космодрома Байконур. В космосе спутник будет находиться 30 дней, в течение которых специалисты проведут более 20 научных экспериментов.
— Спутник запустят на высоту около 400 км на полярную орбиту. Она проходит над полюсами Земли. Примерно по этой траектории в будущем начнет летать Российская орбитальная станция. С помощью «Бион-М2» ученые изучат, какие опасности подстерегают космонавтов в этих областях пространства и каким образом можно предотвратить негативное воздействие, — рассказал «Известиям» заместитель директора по научной работе Института медико-биологических проблем РАН (головной научной организации по реализации проекта) Владимир Сычев.
По словам ученого, по сравнению с действующей Международной космической станцией на полярной орбите уровень радиации будет на треть выше. Кроме того, в ней больше галактических частиц высоких энергий, которые прилетают из-за пределов Солнечной системы. Они еще более опасны для людей, поскольку, сталкиваясь с атомами в молекулах человеческого тела, могут вызвать необратимые изменения, в том числе стать причиной онкологических заболеваний и лучевой болезни.
— К примеру, пролетая через сетчатку глаза, такие частицы вызывают свечение, которое космонавты ощущают как вспышки или молнии в голове. Однако главная угроза в том, что одиночные галактические частицы при столкновении с предметами на борту корабля порождают каскады вторичных нейтронов, от которых практически невозможно защититься. Поэтому, к примеру, по мнению специалистов, базы на Луне нужно строить на глубине 3 м. На меньшей опасность представляют галактические лучи, а на большей резко возрастает поток вторичных нейтронов, — рассказал Владимир Сычев.
Электромагнитные взаимодействия и гипомагнитная среда
По словам ученого, другой малоизученный фактор — это электростатическое напряжение, которое возникает за счет повышенного содержания электронов на полярной орбите. Например, это выражается в эпизодических отказах бортовых систем космических аппаратов. Как накопление заряда влияет на живые организмы, только предстоит изучить. Вместе с тем для зондов на полярной орбите характерно периодическое попадание в зону слабого магнитного поля и повышенного радиационного фона.
По его словам, описанные условия ждут экипажи и во время экспедиций к другим планетам. Поэтому одна из основных целей ученых — понять, какие факторы будут воздействовать на здоровье космонавтов во время таких экспедиций, и разработать эффективные меры защиты.
Например, при анализе результатов программы «Бион-М1» в 2013 году ученые обнаружили, что у мышей — участников полета после возвращения способность к обучению снизилась на 30%. Такие эффекты — тревожный сигнал для длительных пилотируемых миссий. Поэтому с помощью запуска нового спутника ученым предстоит выяснить, что вызвало эти изменения.
— Мы редко рассматриваем человеческий организм с точки зрения электромагнитных взаимодействий, роль которых на самом деле колоссальна. В частности, они определяют многие процессы жизнедеятельности клеток. В том числе клеточное дыхание и обмен веществ. Поэтому важно понимать, как изменения магнитного поля сказываются на этом уровне, — пояснил ученый.
В целом, уточнил он, гипомагнитная среда оказывает ряд негативных воздействий на организм. Например, у работников метро, которые трудятся глубоко под землей, регистрируют изменения в крови, которые происходят на фоне ослабленного магнитного поля. Вследствие чего таким людям положен дополнительный отпуск.
Какие животные полетят в космос
По словам Владимира Сычева, каждый из факторов, который угрожает жизни и здоровью людей в космосе, получится воспроизвести и изучить на Земле, но их комплексное воздействие остается загадкой. Исследовать эти влияния можно только на орбите. С этими целями в состав «экипажа» «Бион-М2» включены мыши — существа, которые генетически и физиологически похожи на людей. В частности, их геном примерно на 90% соответствует человеческому.
В космос отправят специально выведенные линии, которые не имеют патогенной микрофлоры. Это позволит провести методологически чистые эксперименты и точно определить, как именно условия, в большей или меньшей степени, влияют на млекопитающих. Всего в космос отправят 75 животных. Все самцы. Они будут размещены в «каютах» по трое, что, помимо прочего, даст ученым возможность изучить психологию животных в экстремальных условиях.
Как отметил ученый, в программе «Бион-М2» кроме научных решают и технологические задачи. В частности, как правильно пить в космосе воду, которая в невесомости ведет себя непредсказуемо. Например, собирается в шарики, что затрудняет ее употребление животными. Кроме того, капельки жидкости попадают в дыхательные пути, затрудняя дыхание, а также оседают на стенках камер, что способствует развитию бактерий. Поэтому большинство мышей на борту «Бион-М2» будут питаться пастообразным кормом, который содержит достаточно воды, чтобы можно было отказаться от использования поилок. Однако и пастообразный корм вносит некоторые изменения в водно-солевой баланс в организме животных.
Вместе с тем, сообщил Владимир Сычев, на борту «Бион-М2» в одном из пяти устройств для содержания животных будет использоваться твердый корм, а вода будет подаваться в виде геля. Такая технология применяется впервые.
Как рассказал ученый, также на спутнике проведут опыты с мухами-дрозофилами. Их отправят в космос в количестве 1,5 тыс. особей. Геном этих насекомых хорошо изучен, что позволяет легко отслеживать мутации и изменения в ДНК, вызванные космическими факторами. Кроме того, короткий жизненный цикл дрозофил (около 10 дней) дает возможность в течение полета наблюдать несколько поколений.
Как проверят происхождение жизни из космоса
Другая группа экспериментов на борту «Бион-М2» будет посвящена жизнедеятельности микроорганизмов. В частности, ученые проверят, как бактерии переносят воздействие вакуума, ультрафиолета, радиации и других экстремальных условий.
Кроме того, сообщил ученый, на внешней стороне аппарата в зоне наибольшего разогрева при вхождении спускаемого аппарата в атмосферу разместят базальтовые диски с микроорганизмами. При возвращении на Землю они будут имитировать метеорит. Таким образом ученые рассчитывают подтвердить или опровергнуть теорию панспермии — привнесение жизни на нашу планету из космоса.
— «Бион-М2» — это необходимый этап для подготовки к дальним пилотируемым экспедициям. К примеру, перелет между Землей и Марсом займет от шести до девяти месяцев. За такой период в невесомости происходят изменения в сердечно-сосудистой и костной системах. Вместе с тем при посадке на Красную планету участники экспедиции должны быть в хорошей физической форме, — прокомментировал биолог, научный сотрудник отдела эволюционной биохимии НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского при МГУ Михаил Никитин.
По его мнению, эксперименты с животными на биоспутниках помогут найти методы сохранения здоровья в таких условиях.
— Чтобы создать колонию на другой планете или космическом объекте, нужно получить биологически стабильные системы, которые способны к самовоспроизведению и не требуют постоянного контроля. Это, в частности, одна из целей, которые преследуют биологические эксперименты в космосе, — отметила один из разработчиков научных программ для миссии «Бион-М2» агроном Ботанического сада Самарского университета им. С.П. Королева Елена Каюрова.
В том числе, сказала она, исследования, которые включают работу с растениями, животными и микроорганизмами, направлены на изучение их взаимодействий и влияний друг на друга. Это поможет понять, как создать устойчивую экосистему — например, на космическом корабле или другой планете.
— Конечно, нужны фундаментальные космические исследования. Они расширяют наше понимание строения космоса и микрокосма, живой и неживой природы. В свою очередь, новые знания позволят создавать новые технологии, — отметил действительный член Российской академии космонавтики, президент Московского космического клуба Сергей Жуков.
Прекращение или замедление фундаментальных исследований приводит к отставанию в развитии, добавил он.
