«Что было раньше: птица или яйцо?» — известная логическая загадка. В современном мире изучение процессов размножения живых существ переносится в космос. И внеземное пространство ставит перед человеком свой вопрос: может ли жизнь успешно развиваться в жестких космических условиях? Ключом к ответу станет готовящийся на Международной космической станции российский эксперимент «Перепел» — испытание с богатой предысторией и впечатляющими перспективами.
Первым делом — перепелки
Первым живым существом, появившимся на свет в космосе, стал птенец японского перепела. Произошло это 22 марта 1990 г. на космической станции «Мир». За этим событием последовали испытания по изучению развития перепелов в космосе в 1992 и 1999 гг. Готовящийся на МКС эксперимент продолжает традицию: в декабре 2023 г. на орбиту отправится партия из 48 яиц японского перепела для последующего изучения эмбрионального развития птиц во внеземных условиях.
В отдаленной перспективе опыты по разведению живых существ в космосе нацелены на подготовку к колонизации человеком межзвездного пространства. Такие испытания помогут понять, наступит ли однажды день, когда земные дети смогут рождаться на свет за пределами родной планеты и какие трудности воспроизведения жизни вне Земли нужно предусмотреть.
Японский перепел — идеальный кандидат для разведения в условиях космоса
Подобные эксперименты помогают и в решении чисто практических задач: этот вид птиц очень выгоден для разведения в космосе в пищевых целях.
«Есть архиважная проблема — создание системы жизнеобеспечения. Пока в космической практике она строится на принципе регулярных грузовых поставок с Земли. Для межпланетной экспедиции это исключено. <…> Очевидно, что нужны, как мы говорим, “самовоспроизводящиеся” биологические системы жизнеобеспечения. Источники белковой пищи, которая просто необходима человеку для продуктивной работы в экстремальных условиях», — пояснил для «Российской газеты» академик Олег Игоревич Орлов, директор Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП РАН), отвечающего за постановку готовящегося эксперимента.
Японские перепела — одни из лучших кандидатов в обитатели космического хозяйства. Их яйца не уступают куриным в пищевой ценности и содержат лизоцим — вещество, укрепляющее иммунитет. Японский перепел не болеет сальмонеллезом: температура тела птицы достигает 41° C, что на три градуса выше уровня, гибельного для сальмонеллы. Поистине космическая и скорость развития птицы: она вылупляется через 17–21 сутки после помещения яиц в инкубатор, начинает нестись намного раньше, чем куры, и порой дает по два яйца в сутки.
Радиация или гравитация?
Проведенные на борту станции «Мир» эксперименты доказали возможность развития жизни на орбите: в 1990 г. в космосе вылупились четыре перепеленка, в 1992 г. — шесть птенцов, в 1999 г. — целых 37 пернатых космонавтов! Однако у развивавшихся в условиях космоса эмбрионов и птиц обнаружились различные патологии развития. Кроме того, процент выведения перепела на орбите оказался ниже, чем в земных условиях. Общая картина ясна: жесткие условия внеземного пространства губительно влияют на развитие живых существ. Но что именно оказывает решающее воздействие на эмбрионы, пока остается загадкой.
Вылупившиеся на станции «Мир» птенцы японского перепела не смогли адаптироваться к условиям невесомости
Среди ключевых факторов влияния на развитие живых существ в космосе выделяют:
- невесомость;
- воздействие космической радиации;
- изменение электромагнитного поля.
И это не считая того, что свою лепту в нарушение биологических процессов могут вносить и другие аспекты: например, несколько иной по сравнению с Землей состав атмосферы на космической станции и специфическая местная микрофлора.
Пока ученые фокусируются на двух ключевых направлениях влияния — нулевой гравитации и космическом облучении. Уже в ходе испытаний на «Мире» стало понятно, что новорожденные перепелята неспособны успешно адаптироваться к условиям невесомости, так как без притяжения не могут нормально питаться и ориентироваться в пространстве, из-за чего начинают погибать. В то же время в ходе эксперимента 1999 г. размещение вылупившихся птенцов в центрифуге, создающей небольшое притяжение, дало положительные результаты.
«Птенцы прожили там три дня, нормально питались. Эксперименты показали, что даже незначительная гравитация может способствовать нормальному развитию перепелов», — прокомментировала для ТАСС результаты испытания ведущий научный сотрудник ИМБП РАН Тамара Сергеевна Гурьева.
Неразрешенным остается вопрос, были ли патологии эмбрионов также вызваны разрушительным влиянием невесомости или же здесь оказало определяющее влияние космическое облучение. На него и попытается ответить готовящийся на МКС эксперимент «Перепел».
Птицеферма на орбите: остановить мгновенье и вернуться на Землю
Запланированный опыт сфокусирован только на эмбриональном развитии живых существ — до появления пернатых на свет испытатели на этот раз доводить не будут.
Проведение эксперимента «Перепел» запланировано в российском модуле МКС «Наука»
Двухнедельное испытание проведут в «Науке» — российском модуле МКС, оснащенном передовыми технологиями для экспериментов. Доставленные на станцию 48 яиц (заранее оплодотворенные на Земле) разделят на две равные группы: одна будет развиваться в условиях искусственной гравитации, вторая — в невесомости. Для этого предприятие «Биофизприбор» разработало специальный комплекс «Инкубатор-3», в который входят две секции:
- «гравитационная» — отсек с имитацией земного притяжения, которое создается вращением маленькой центрифуги;
- обычный инкубатор без гравитации с искусственно поддерживаемыми влажностью, температурой и составом воздуха.
В ходе испытания ответственный за эксперимент космонавт будет регулярно переворачивать яйца в отсеке с гравитацией на 180°, как делают наседки в природе. На определенных стадиях развития эмбрионов (через три, семь, десять и 14 дней) часть яиц будут извлекаться из инкубатора и в специальном герметичном устройстве фиксироваться в растворе формальдегида, чтобы ученые могли успешно исследовать «застывшие» эмбрионы на разных этапах формирования. Постановку эксперимента уже на Земле отработали космонавт Константин Борисов (который начнет проведение этого опыта) и Олег Кононенко. Комментируя наземную подготовку Константина Борисова, который в настоящее время работает на МКС в рамках 70-й экспедиции, Тамара Гурьева отметила высокое качество работы космонавта:
Фиксация яиц в растворе формальдегида — кропотливая работа (на снимке — космонавт Олег Кононенко)
«Он молодец, блестяще освоил материал, хотя эксперимент очень сложный: фиксация биоматериала будет проходить в боксе, положить туда крошечное яйцо, да еще и зафиксировать — достаточно трудная задача, ювелирная работа», — подчеркнула специалист.
Зафиксированные на разных стадиях развития яйца поэтапно вернутся на Землю, где специалисты проанализируют образцы и попробуют прийти к заключению, что важнее для успешного развития эмбрионов в космосе: искусственная гравитация или защита от радиации. Ученые планируют оценить влияние орбитальных условий на развитие костно-мышечной системы эмбрионов, формирование их глаз и вестибулярного аппарата. От итогов испытания зависит дальнейший план действий исследователей по совершенствованию внеземных систем жизнеобеспечения.
Космонавт Олег Кононенко работает с «Инкубатором-3» в ходе предполетной подготовки
«Ответив на этот вопрос, можно задавать следующие вопросы: как от этого изолировать, можно ли что-то придумать с генетикой или необходимо искать другие источники белка?», — объяснил космонавт Константин Борисов в своем официальном блоге в соцсети «ВКонтакте».
Эксперимент «Перепел» — значимое научное событие международного уровня. Как сообщил информационному агентству «РИА Новости» заместитель директора по науке ИМБП РАН и научный руководитель готовящегося исследования Владимир Николаевич Сычев, к испытанию проявляют большое внимание ученые из США и Европы.
И это неудивительно: ведь маленький человек, который может однажды появиться на свет за пределами родной планеты благодаря текущим экспериментам, в первую очередь будет в космосе гражданином планеты Земля — представителем всего человечества.
Источники
КНТС ЦНИИМАШ. Эксперименты
Вневедомственный экспертный совет по вопросам воздушно-космической сферы. Ирина Огнева, Тамара Гурьева, Владимир Сычев, Олег Орлов. Эмбриологические исследования в космосе
Центр «Космонавтика и авиация». Эллина Тенчурина. Рожденные в космосе
«Новости космонавтики», № 4, 1999. М. Побединская. Птицефабрика на орбите
«РИА Новости». Ученый рассказал о российском эксперименте с яйцами перепелов на МКС
«Российская газета». Наталия Ячменникова. На МКС проведут эксперимент с перепелами
ТАСС. На МКС в качестве эксперимента отправят яйца перепелов
ТАСС. Эксперимент с перепелами на МКС заложит основу для будущих космических ферм
«Роскосмос». Олег Кононенко готовится к эксперименту с перепелами на МКС
«Роскосмос». Официальная страница в соцсети «ВКонтакте». Олег Кононенко готовится к эксперименту с перепелами на МКС
Космонавт Константин Борисов. Официальная страница в соцсети «ВКонтакте». Сегодня хочу вернуться к теме научных экспериментов на МКС!
«Наука и жизнь», № 4, 2010. Антон Первушин. Жизнь в космосе, или Кто полетит на Марс
Источник изображения на главной странице: Roland Miller, Paolo Nespoli / NASA / ASI
Источник изображения на превью: Thomas Pesquet / NASA / ESA
Источники изображений в тексте: jimmy Yao / Macaulay Library; скриншот видео с космической станции «Мир» (опубликовано Госкорпорацией «Роскосмос» в социальной сети «ВКонтакте»); Kayla Barron, Mark T. Vande Hei / NASA Johnson; Андрей Шелепин / пресс-служба Центра подготовки космонавтов.