Максим Руссо: Комары в космосе

Максим Руссо МКС NASA

Как сообщил «Интерфакс», в ближайшее время на Международной космической станции будут возобновлены эксперименты с биологическими объектами при помощи специальной аппаратуры серии EXPOSE.

EXPOSE представляет собой особые контейнеры, в которых исследуемые образцы помещаются на длительное время на внешнюю поверхность МКС, чтобы изучить, как условия космического пространства влияют на них. Они были разработаны Европейским космическим агентством. Полученные результаты способствуют пониманию биологических процессов, происходивших в раннем периоде истории Земли, а также тех, что, возможно, происходят сейчас на других планетах, поверхность которых менее защищена от солнечного излучения атмосферой и магнитным полем. Также они позволят оценить возможность распространения живых организмов, за пределы планет, на которых они возникли.

Гипотезу панспермии, согласно которой жизнь была занесена на Землю из космоса, сформулировал немецкий ботаник и медик, профессор Лейпцигского университета Герман Рихтер в 1865 году. Сходные идеи еще в 1834 году высказал шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус в статье, посвященной химическому анализу метеорита, который упал возле французского города Алес 15 марта 1806 года. Серьезный вклад в теорию панспермии внес знаменитый шведский химик Сванте Аррениус, который посвятил ее обоснованию отдельный труд, изданный в 1903 году. Если основатели этой теории говорили о переносе в космосе бактериальных спор, то в ее современном варианте часто подразумевается занос на Землю из космоса пребиотических молекул.

Для проверки этой гипотезы ставятся эксперименты в земных лабораториях. Об одном из них ProScience рассказывал в марте 2013 года. Но полностью воспроизвести условия открытого космоса в лаборатории невозможно, поэтому эксперименты идут и на космических аппаратах. Даже если не учитывать возможность проверки гипотезы панспермии, ученые стремятся уточнить картину влияния космического излучения на живые объекты. Еще одной целью этой работы является создание методов космического карантина, которые могут понадобиться в будущем при межпланетных путешествиях для защиты биосферы Земли от попадания чужеродной жизни и для предотвращения загрязнения земными бактериями других планет.

Впервые на МКС эксперименты этой серии начались в 2008 году. Контейнер EXPOSE-E был доставлен на МКС космическим кораблем «Атлантис», запущенным 7 февраля 2008 года, и установлен на поверхности модуля «Коламбус». Другой контейнер с биологическими объектами EXPOSE-R доставил на МКС корабль «Прогресс», стартовавший с Байконура 26 ноября 2008 года. Он был помещен на внешней оболочке модуля МКС «Звезда». После окончания срока эксперимента EXPOSE-E биологические объекты из EXPOSE-E были доставлены обратно на землю в сентябре 2009 года кораблем «Дискавери». Содержимое EXPOSE-R было возвращено в 2011 году космическим кораблем «Союз».

EXPOSE-R состоял из корпуса и кассет, где размещались семена растений, споры бактерий и грибов. Биологические объекты в течение полутора лет подвергались условиям суровой космической среды, включая воздействие солнечного ультрафиолетового излучение, вакуум, резкие колебания температуры. Часть экспериментов проводилась по программе ROSE (Response of Organisms to Space Environment), координируемой Германским центром авиации и космонавтики (DLR) при участии ученых из разных стран Европы, США и Японии.

Размещение аппаратуры EXPOSE на Международной космической станции

С помощью EXPOSE-R проводились девять экспериментов. В эксперименте AMINO изучалось влияние солнечного ультрафиолета на аминокислоты и другие сложные органические молекулы. Эксперимент ORGANICS был посвящен изучению развития органического вещества в открытом космосе. В эксперименте ENDO (ROSE-1) рассматривалось влияние радиации на эндолитические организмы, живущие на Земле внутри камней. Такие организмы представляют особый интерес для астробиологов, так как теоретически они могли бы переносить межпланетные путешествия. В эксперименте OSMO (ROSE-2) участвовали бактерии осмофилы, способные выживать в среде с высоким осмотическим давлением. Искусственные метеориты, в которых были размещены споры бактерий рассматривались в эксперименте SPORES (ROSE-3). Изучению влияния солнечной радиации на генетический материал в спорах был посвящен эксперимент PHOTO (ROSE-4). В сходном эксперименте SUBTIL (ROSE-5) оценивались мутации, вызванные условиями открытого космоса у спор бактерии сенной палочки (Bacillus subtilis). В эксперименте PUR (ROSE-8) исследовалось влияние космоса на вирус бактериофаг T7. Наконец, в эксперименте IMBP, разработанном учеными Института медико-биологических проблем РАН, были задействованы споры бактерий, грибов, семена растений, а также яйца низших ракообразных и личинки в состоянии криптобиоза.

Другие эксперименты проводились при помощи объектов, размещенных в EXPOSE-E. Изучению фотохимических реакций в органических соединениях на околоземной орбите был посвящен эксперимент PROCESS. В эксперименте ADAPT исследовалась адаптация микроорганизмов к условиям, подобным тем, в которые они попали бы на метеоритах. Проблему устойчивости бактериальных спор к космическим условиям и их способность восстанавливаться после повреждений рассматривали в рамках эксперимента PROTECT. В эксперименте LiFE (Lichens and Fungi Experiment) участвовали лишайники и грибы, в эксперименте SEEDS – семена растений. Также там были размещены дозиметры Dosis, Dobis и R3D

Научные публикации по итогам этих экспериментов продолжают выходить и сейчас. В частности было установлено, что в условиях, подобных марсианским, такие органические соединения, как глицин, серин, фталевая кислота и меллитовая кислота, разрушатся в течение 50 – 150 часов. Зато оказалось, что в искусственных метеоритах довольно хорошую устойчивость проявили аланин, валин, глицин и аминоизомасляная кислота. При изучении влияние ультрафиолетового излучения на споры сенной палочки выяснилось, что в условиях открытого космоса смогли выжить единичные образцы, при защите от солнечных лучей выживаемость достигла 8%, а в смоделированных условиях поверхности Марса выжили 100% спор. В космосе выжили два организма, участвовавших в эксперименте LiFE, это оказались зеленая водоросль рода Stichococcus и гриб рода Acarospora, живущий в составе лишайника. Также было установлено, что после полутора лет в космосе выживают некоторые эндолитические микроорганизмы. После возвращения на Землю 23% побывавших в космосе семян арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) и табака (Nicotiana tabacum) дали жизнеспособные всходы.

Теперь ученые подготовили материалы для новых экспериментов. Пресс-служба Роскосмоса сообщает, что в EXPOSE-R2 будут помещены четыре вида бактерий (52 образца), восемь видов грибов (100 образцов), семена шести видов растений (64 образца), 1 вид личинок комара (Polypedilum vanderplanki, 4 образца), один вид ракообразных (щитень летний (Triops cancriformis), 4 образца). Комар Polypedilum vanderplanki, обитающий на Земле в экваториальной Африке, знаменит своей способностью выживать в экстремальных условиях. Так как водоемы, где развиваются личинки этого комара, часто пересыхают, их спасает способность к криптобиозу – существованию при потере организмом почти всей воды. Также эксперименты показали, что эти личинки могут переносить температуры от −170 °C до +106 °C и поглощенную дозу гамма-излучения до до 7000 грей. Яйца летнего щитня (Triops cancriformis) также сохраняют жизнеспособность после пересыхания и высоких температур.

Личинка комара Polypedilum vanderplanki при потере воды и восстановлении. Из статьи Kikawada, Okuda et al. Identification of Anhydrobiosis-related Genes from an Expressed Sequence Tag Database in the Cryptobiotic Midge Polypedilum vanderplanki (Diptera; Chironomidae). 2010.

Все эти организмы были доставлены на борт МКС 24 июля грузовым кораблем «Прогресс». Космонавты Александр Скворцов и Олег Артемьев 18 августа выдут в открытый космос и установят EXPOSE-R2 на поверхность модуля «Звезда». Планируется, что срок эксперимента составит до полутора лет.