Ученые рассказали, как готовят к космическому полету на спутнике «Бион-М» №2 хвостатых «космонавтов»
Весь мир готовится к освоению Луны. Не исключение и наша страна, Федеральная космическая программа которой включает в себя последовательные исследования земного спутника. Однако прежде чем к нему отправится человек, надо понять, сможет ли он комфортно работать при космической радиации за пределами защитной земной магнитосферы? Для ответа на этот вопрос ученые готовят в этом году к полету биоспутник «Бион-М» №2, о котором нам рассказали в Институте медико-биологических проблем РАН.
После полета последнего «Биона-М» №1, который летал на околоземной орбите, прошло уже 12 лет. В экипаж того спутника входили 45 мышей, 8 песчанок, 15 гекконов, улитки, ракообразные, рыбы и различные микроорганизмы, над которыми были проведены эксперименты по гравитационной физиологии животных, исследования влияния космического полёта и открытого космического пространства.
Новый «Бион-М» №2 готовится к отправке в этом году. Биоспутник планируется запустить на высоту около 350 км. Если предыдущие 12 биоспутников, которые отправляла в космос наша страна, ориентировались больше на физиологические аспекты, на «Бионе-М» №2 акцент впервые будет сделан на влияние радиации на млекопитающих и насекомых. Основная его цель – максимально изучить риски, которые могут возникнуть при полете человека за пределы низкой околоземной орбиты. Туда будут запущены 75 мышей, более тысячи мух-дрозофил, растения, культуры клеток, и микроорганизмы. Их полет будет проходить в течение 30 суток.
– Самое главное в этом эксперименте связано с проверкой околополярной орбиты, на которой в будущем будет летать наша новая Российская орбитальная станция (РОС), – поясняет один из руководителей проекта «Бион-М» №2, заведующий лабораторией фенотипирования животных ИМБП РАН Александр Андреев-Андриевский. – Она выбрана с той целью, чтобы больше перекрывать территорию нашей страны. Увеличение угла наклонения орбиты новой станции до 97-98 градусов (по сравнению с наклонением МКС 51,6 градуса) увеличивает дозу радиации от галактических космических лучей, также растут риски, связанные с солнечной активностью. Естественно, это может наложить определенные ограничения на время пребывания там космонавтов. К тому же в настоящее время плохо изучено влияние воздействия ослабленного геомагнитного поля Земли на человека.
Мыши
– Естественно, наиболее показательными на орбите будут эксперименты с мышами, – продолжает Андреев-Андриевский. – Мы используем наиболее распространенную линию С57BL/6, доставленную в Москву из новосибирского питомника. Грызуны будут разделены на разные группы. В одну будут входить обычные мыши, в другую – нокаутные, у которых изменена работа генов, определяющих работу защитных систем организма, в первую очередь в отношении радиации.
– У одних – в сторону большей чувствительности к радиации, у других – в меньшую. Это поможет нам более полно оценить риски для здоровья космонавтов. В частности, речь идет о гене NRF2, который является регулятором системы детоксикации и антиоксидантной защиты, что имеет непосредственное отношение к устойчивости к радиации.
– Их цилиндрические «каюты», которых в спутнике будет 25 штук, увеличились в объеме на несколько квадратных сантиметров, – диаметр их теперь составляет 16 сантиметров, высота – 12 см. В каждом таком цилиндре будет находиться по три мышки. Кроме того, что их, как и в первом «Бионе-М», будут кормить и поить в автоматическом режиме, в новом биоспутнике у них появится автоматически меняющаяся подсветка, создающая иллюзию дня и ночи. Причем ночная подсветка будет организована таким образом, чтобы видеокамеры могли записывать качественное видео, несмотря на темноту. Недавно мы закончили очередной раунд испытаний, – всё выглядит очень неплохо, наш сложный робот, который управляет жизнеобеспечением мышиных домиков, с работой справляется на «отлично».
– Классическим для «Бионов» кормом – пастой, совмещающей в себе и сухой корм (его основу составляет комбикорм с полным набором необходимых витаминов и микроэлементов), и воду. Дозирующее устройство будет выдавать пасту 6 раз в день. Но мы предполагаем, что в третьем «Бионе-М» (он уже разрабатывается) мы впервые попробуем разделить сухой корм и воду, чтобы лучше потом интерпретировать результаты по отношению к людям.
– Мы их ничем не крепим обычно. Но замечено, что со временем они сами стремятся зацепиться за какие-нибудь небольшие выступы, – никто не любит долго болтаться без опоры, даже во сне в условиях невесомости они находят возможность обрести статичное положение.
– Это один из основных условий эксперимента, – все мыши – самцы.
–Причина – чисто утилитарная, – на самцах проще работать, потому что им не свойственны циклы, которые могут накладывать отпечаток на работу организма и поведение. У самок грызунов такие циклы, регулируемые репродуктивными гормонами, составляют 4-5 дней.
– В каком-то смысле мы готовим их для полета в космос с самого рождения, даже еще раньше. Обычно мышей разводят под конкретный заказ. Как только маленьких мышат привозят в наш виварий, мы сразу расселяем их в клетки по трое, чтобы они привыкли друг к другу.
– Самцы мышей лучше уживаются в парах с самками, но в присутствии других самцов, особенно не знакомых, сильно раздражаются. Поэтому мы и отделяем их с детства по-трое, чтобы они месяца за четыре до полета успели привыкнуть друг к другу, выстроить определенную иерархию.
– Да. В пересчете на человеческие года это примерно 20-25 летние юноши. И почти всем перед полетом будут вживлены под кожу датчики для регистрации физиологических показателей: температуры тела и частоты сердечных сокращений. Соответственно, после возвращения мы будем иметь большой объём данных по этим показателям: от уровня метаболизма и работы сердца до поведения (когда живые существа нервничают, их температура, как правило, растет).
– Полные записи с видеокамер мы получим только после приземления «Биона-М» №2 на Землю, но во время полета мы будем получать короткие видео, которые позволят оценить все ли у мышей благополучно.
– На борту спутника будет установлено несколько специальных приборов, которые будут регистрировать радиационную нагрузку в разных точках аппарата. Этого будет достаточно для того, чтобы потом экстраполировать это на мышей.
– Часть животных, обученных определенным действиям, до полета мы протестируем на предмет того, сохранится ли у них потом это умение, иными словами, протестируем их память.
– Например, для получения чего-то приятного мы учим мышей ткнуться носом в кнопку. Вспомнят ли они об этом после полета – вопрос. Кроме того, мы планируем выработать у них новый навык на основе уже имеющегося. Это надо для того, чтобы понять, как животные обучаются после полёта.
Побеседовав с ученым в кабинете, я попросила воочию познакомить меня с будущими покорителями небес, вроде бы изначально рожденными жить в норах…
Виварий ИМБП РАН, созданный три года назад, делится на несколько боксов: в первом меня облачили в стерильную одежду, во втором, очень напоминающем душевую кабину с джакузи, обработали струями воздуха, чтобы в чистую зону не попало ни пылинки. Лишь после столь тщательной обработки передо мной открылась дверь в настоящее мышиное царство. Оно представляет собой многоэтажные стеллажи, на которых стоят клетки. В каждой из них сидит по три мышонка, – привыкают взаимодействовать. Кстати, если кому не удается найти общий язык с соплеменниками, их меняют местами, переселяя в другие компании. Есть в этом «королевстве» даже комната для сна со специальными «спальнями» для мышат, которых усыпляют перед вживлением датчиков, а также тренажерный зал со специальной мышиной беговой дорожкой, на которой ученые проверяют их физическую форму до полета и после.
Мухи, растения и микроорганизмы
Что касается мух-дрозофил, ученые хотят проверить, станут ли они также хорошо размножаться на «лунной» орбите, как делали это на околоземной, в эксперименте «Фотон-М» №4 в 2014 году. Тогда мухи, вернувшиеся на биоспутнике «Фотон» на Землю, дали потомство, которое после снова было отправлено в космос, на российский сегмент МКС. Выяснилось, что потомки мух, летавших на биоспутнике, превзошли по активности размножения своих родителей! Повторение эксперимента будет, по мнению сотрудников ИМБП РАН, интересно с точки зрения разных орбит, да и вообще для подтверждения эффекта.
Из растений полет на «Бионе-М» №2 совершат семена 20 видов дикоросов, занесенных в Красные книги России, к примеру, володушка золотистая, тюльпан Шренка, пион тонколистный, лазурник трехлопастной, мак прицветниковый и другие. Их подготовили специалисты Ботанического сада Самарского университета им. С.П. Королева. Цель – изучить воздействия условий космоса на растения и оценить их безопасность для Российской орбитальной станции. Есть версия, что пребывание на орбите благотворно влияет на всхожесть семян и послеполетное развитие всходов. Это и хотят проверить на редких растениях ученые.
Для микроорганизмов, которые готовят сейчас к полету на «Бион-М» №2 сразу в нескольких институтах, этот биоспутник станет настоящим ковчегом или искусственным метеоритом. Выживут ли они в нем, несмотря на жесткие условиях космоса и прохождение спутником плотных слоёв атмосферы? Это один из вопросов, который интересует ученых. В их задачу входит оценка биологической активности и генетических характеристик анаэробных и спорообразующих микроорганизмов. Будут среди «пассажиров» «Биона» и экстремофилы, которых учёные собирают в термальных источниках Камчатки.
Кроме экспериментов с животными и растениями на борту биоспутника планируется провести эксперимент по… утилизации отходов.
По словам Александра Андреева-Андриевского, внутри «Биона-М» №2 установят инновационный биореактор с микроорганизмами, которые могут разлагать вышедшие из употребления салфетки, полотенца и прочий мусор с выделением газа и воды. Продумывают специалисты также еще один эксперимент с использованием микроорганизмов, на этот раз их хотят использовать для получения электрической энергии на борту. Конечно, много энергии от них не получишь, но на зарядку небольших батареек хватит.