ХЛЕБ, МЯСО И : КОСМОС

Конечная цель экспериментов, речь о которых пойдет далее - создание системы жизнеобеспечения экипажей космических кораблей во время длительных межпланетных космических полетов. В них человеку придется воспроизводить привычную для него земную среду: выращивать растения, разводить небольших домашних животных. И хотя в обозримом будущем дальние космические полеты не предвидятся, специалисты космической биологии шаг за шагом продолжают создавать 'кусочек Земли' в космосе. И эти шаги имеют поразительные успехи.

Эксперимент 'Оранжерея'

В процессе полета ОК 'Мир' были проведены эксперименты по выращиванию и содержанию растений в условиях космического полета, что важно для обеспечения длительных межпланетных полетов.

Так, в 1988 г. в установке 'Светоблок' проведены исследования роста и развития пшеницы 'Эритроспермум' в течение 19 суток. Растения в ходе этого эксперимента находились в угнетенном состоянии, т.к. в установке отсутствовала вентиляция, что привело к значительному изменению баланса газовой среды, излишней влажности воздуха и значительному содержанию вредных примесей.

В 1991 г. на этой же установке осуществлено культивирование пшеницы сорта 'Суперкарлик' в течение 157 суток. Было получено растение высотой 13 см, которое имело один побег. Освещенность в установке была низкой, поэтому в ходе эксперимента семена получены не были. Опытное растение доращивали уже на Земле в условиях более высокой освещенности. Однако колос, сформированный в условиях космоса, оказался стерильным.

В 1995 г. проведение эксперимента 'Оранжерея-1' дополнилось установкой 'Свет' и работы, начатые ЭО-19, продолжил экипаж ЭО-20. Продолжительность эксперимента - 90 суток. Под влиянием факторов внешней среды и при недостаточной освещенности посева цикл нормального развития растений был нарушен. Растения имели меньшие размеры, формировали 12-16 листьев и не образовали колосьев.

В 1996-1997 гг. в оранжерее 'Свет' проводился в два этапа эксперимент 'Оранжерея-2'. Первый этап - культивирование растений в течение полного цикла онтогенеза с отбором проб для получения биохимических, эмбриологических и прочих характеристик растений. Второй - выращивание растений в течение 41 суток с последующей заморозкой в жидком азоте для проведения биохимических исследований. В ходе эксперимента на 5-6 сутки появились всходы, которые были ниже, чем на Земле: в лабораторных условиях этот показатель составил (75÷90)%, а на ОК 'Мир' - (56÷73)%. На 11-13 сутки (как и на Земле), было отмечено появление у растений третьего листа, а на 17-20 сутки - начало кущения растения. На 39 сутки высота растений составила 15 -19 см, что на 1см меньше, чем в контрольных наземных экспонатах. На 44-е сутки началось колошение и появление листьев, которое продолжилось вплоть до100-х суток, когда основная часть колосьев уже пожелтела, что является признаком полной биологической зрелости. На 123-и сутки был проведен окончательный сбор пшеницы, срезание колосьев и помещение оставшейся части в упаковку.

Последующий сравнительный анализ биохимических характеристик растений, проведших в космических условиях полный цикл вегетации, дал следующие результаты:

- во всех полетных экземплярах число побегов с колосьями в 2,8 раза выше, по сравнению с предполетным контролем, а высота у полетных растений меньше в 2 раза;

- в растениях ОК 'Мир' отсутствовали семена, строение их колосьев имело существенные отличия: масса колосьев была в 2 раза ниже, меньше длина соцветия, уменьшено число колосков в колосе до 8-10 против 13-14 в контрольных образцах, увеличено среднее число цветков в колосьях до 5 против 3 в контрольных экземплярах.

В ходе эксперимента с регистрацией параметров культивирования пшеницы выявлено, что снижение роста пшеницы вызвано повышенной концентрацией (для растений) этилена в атмосфере станции, которая не вредна для экипажа, но вредна для растений.

Эксперимент 'Оранжерея-3' проводился в установке 'Астрокультура', оснащенной фильтрами очистки атмосферы, которая, к сожалению, вышла из строя после суток работы.

Эксперимент 'Оранжерея-4' проводился с пшеницей сорта 'Апогей', которая отличается повышенной устойчивостью к влиянию высоких концентраций этилена, что выражается в сохранении способности к воспроизводству. Этот сорт отличается также небольшой высотой, что существенно для условий космического полета. Из посеянных семян на борту взошли только 7, причина тому - недостаточность влаги.

Экипаж не смог запустить программу полива установки 'Астрокультура'. После запуска установки семена были посеяны вторично и в начале декабря дали хорошие всходы, а к 15.01.1999 г. началось колошение пшеницы.

27 января 1999 г. - в колосьях появились семена. У всех растений были зерна. 22.02.1999 г. за день до спуска на Землю срезали 29 колосьев и уложили их в специальную тару. На ОК 'Мир' оставили 12 зерен для дальнейшей посадки на орбите, которые были посеяны 9 марта 1999 г. и дали всходы.

В ходе эксперимента было получено в общей сложности 508 зерен (ученые перед проведением эксперимента рассчитывали получить хотя бы 100 зерен).

Результаты, полученные на ОК 'Мир' в этих экспериментах уникальны, т.к. растения с длительным циклом развития прошли, полный цикл от семени до семени в условиях космического полета. Было доказано, что высокоорганизованные растения могут расти и размножаться в космосе, а микрогравитация не ограничивает их развитие. Главное отрицательное влияние на их развитие оказывает фактор замкнутого объема и содержание в среде различных загрязнений, которые не вредны для человека, но вредны для растений, а это требует проведение контроля среды.

Эксперимент 'Перепел'

В процессе работы ЭО-27 (В.М. Афанасьев, Жан-Пьер Эньере, И. Белла) был завершен биологический эксперимент 'Перепел' по выращиванию эмбрионов японского перепела. Учеными Чехословакии по заданию института медико-биологических проблем (ИМБП) был разработан инкубатор, который успешно прошел отработку при полетах в 1990 г. и 1992 г. Этот же инкубатор использовался и при полете ЭО-27.

Цели эксперимента:

- исследование влияния условий микрогравитации на эмбриональное и ранее постэмбриональное развитие японских перепелов;

- исследование влияния искусственной силы тяжести определенного уровня на постэмбриональное развитие японских перепелов.

В процессе эксперимента планировалось решать следующие задачи:

- изучение особенностей развития эмбрионов, инкубированных в условиях микрогравитации, частично прошедших инкубацию на Земле;

- изучение влияния искусственной гравитации со значениями 0,4g и 0,8g на постэмбриональное развитие;

- изучение морфогенеза эмбрионов и птенцов, родившихся в условиях искусственной силы тяжести;

- изучение поведения птенцов в первые сутки жизни в условиях искусственной гравитации;

- исследование вестибулярного аппарата у птенцов, развившихся в условиях искусственной силы тяжести;

- исследование состояния птенцов в условиях земной гравитации в течение 2 месяцев.

Первый эксперимент с перепелиными яйцами проводился на ОК 'Мир' в 1990 г. Именно тогда, первым живым существом, родившимся в космосе, был перепеленок, пробивший скорлупу пестренького серо-коричневого яичка 22 марта 1990 г. в специальном космическом инкубаторе. Это была сенсация. Для экспериментов японские перепела были выбраны не случайно. Несмотря на то, что они значительно меньше кур по своей массе, взрослая особь весит всего-то около 100 граммов, их масса, приходящаяся на единицу корма, значительно выше куриной. Яйца же перепелиные, хоть и маленькие, но очень вкусные, и по питательной ценности не уступают куриным яйцам, но они еще и содержат лизоцим, вещество, укрепляющее иммунную систему. Кроме того, перепел не болеет. Температура тела птицы около 41њС), а сальмонелла гибнет, как известно при температуре 38њС. Очень важно и то, что японским перепелам не требуется для развития много времени: птенец появляется на свет на 17-21 сутки после закладки яйца в инкубатор. Перепела начинают нестись гораздо раньше кур, в возрасте 35-40 суток, и сносят иные особи по два яйца в день.

Первый опыт с перепелиными яйцами в условиях космического полета был проведен в 1979 г. на борту биоспутника 'Космос-1129' в установке 'Инкубатор-1'. Целью его было установить, могут ли в условиях невесомости развиваться эмбрионы птенцов. Исследования показали, что развитие эмбрионов шло вполне успешно, т.о. был сделан вывод: невесомость не препятствует развитию живых организмов.

Прошлый опыт был учтен при создании новой установки 'Инкубатор-2' для экспериментов на ОК 'Мир'. Это термостат, с точностью в полградуса поддерживает температуру 37,5њС, обеспечивает постоянная влажность (64-80)% и вентиляцию. Кроме того, воздушный поток может даже поворачивать яйца, точно так же, как на Земле делает несушка. В период работы на ОК 'Мир' ЭО-6 (А.Я. Соловьев и А.Н. Баландин) в этом инкубаторе 22 марта 1990 г. и вывелось в космосе первое высокоорганизованное живое существо-перепеленок. С ТГК 'Прогресс' на орбиту был доставлен контейнер с 48 яичками японского перепела, которые экипаж поместил в 'Инкубатор-2'. Согласно программе эксперимента, в определенные дни часть яиц вынималась из контейнера и фиксировалась. Для сравнения в то же время на Земле контрольная группа яиц проходила те же стадии. На 17-й день, самостоятельно проклюнув скорлупку, на орбите появился первый космический житель, массой всего в шесть граммов. То же произошло и в контрольном инкубаторе на Земле: появился первый перепеленок-'дублер' космического! За первым цыпленком появился другой, третий. Однако перепелята не смогли адаптироваться к условиям невесомости. Они как пушинки, хаотически летали внутри 'каюты', не умея зацепиться за решетку. Это можно было наблюдать в сеансах связи с экипажем. Из-за отсутствия фиксации тела в пространстве они не смогли самостоятельно кормиться. Четырех перепелят пришлось зафиксировать. Двое из них немного пережили остальных благодаря заботам экипажа. Позже погибли и они. Однако все цыплята и яйца с эмбрионами на разных стадиях развития стали ценным научным материалом. Главное было еще раз доказано, что невесомость не является препятствием для развития организмов.

В августе 1990 г. на орбиту экипажем 'Союз ТМ-10' (Г.М. Стрекалов и Г.М. Манаков) были доставлены четыре взрослых японских перепела, которые были одеты в специальные пластиковые жилеты для подвески и фиксации в пространстве. Взрослые особи, в отличие от новорожденных, хорошо ориентировались в пространстве, много ели, а хороший аппетит-первый показатель переносимости невесомости. Вместе с экипажем ЭО-6 эти перепела вернулись на Землю, и после возвращения долго жили и давали потомство.

В 1992 г. исследования продолжались в ходе ЭО-12 (А.Я. Соловьев и С.В. Авдеев). На орбиту было отправлено 40 яиц и специальные мешки-фиксаторы. На 3-и, 7-е, 10-е и 14-е сутки развития экипаж фиксировал по 4 яйца. Тогда на орбите вывелось 6 птенцов, которые впоследствии летали в пространстве как бильярдные шары, совершали головокружительные кульбиты. Выведенные птенцы также были зафиксированы и доставлены на Землю, став ценным научным материалом для биологов.

В 1999 г. ЭО-27 (В.М. Афанасьев, Жан-Пьер Эньере, И. Белла) продолжили эксперимент, который получил название 'Перепел СК-6' (аббревиатура СК означает 'словацкий космонавт'). В ходе его выполнения планировались новые задачи: изучение поведения птенцов в первые сутки жизни в условиях искусственной гравитации; исследование влияния искусственной силы тяжести на постэмбриональное развитие перепелов; изучение состояния птенцов после полета. Для этого использовалась специально изготовленная к полету центрифуга, работающая в диапазоне от 0,3g до 0,8g. Масса ее - 11,5 кг. На борт ОК 'Мир' в транспортном инкубаторе были отправлены перепелиные яйца, 60 штук, инкубированные на Земле до стадии развития эмбрионов (13-14) суток. Такой выбор стадии развития эмбрионов базировался на результатах экспериментов, проведенных в 1993 г. на борту американского корабля Space Shuttle. 22 февраля 56 неповрежденных яиц на ОК 'Мир' были помещены в стационарный инкубатор ('Инкубатор-1М'). В течение всего срока инкубации два раза в сутки проводился контроль температуры и влажности.

23 февраля экипаж проверил центрифугу, убедился в ее работоспособности и провел тестовую проверку блока содержания птенцов (БСП), а в 16:00 экипаж услышал писк, раздававшийся из нераскрывшихся яиц.

В 18:00 космонавты впервые увидели вылупившихся птенцов, которых в 21:00 пересадили в БСП и включили центрифугу. Однако центрифуга отключилась, проработав всего 15 часов, и часть поставленных задач не была решена.

К вечеру 24 февраля вылупилось уже 30 птенцов, а 25 февраля их было уже 37 штук (из 56). Выведенные птенцы были помещены, как и ранее в БСП, температура внутри которого составляла от +30њС до +32њС. Все, остальные яйца космонавты поместили в отходы.

25 февраля И.Белла занимался кормлением птенцов и по рекомендациям специалистов оставил для возвращения на Землю 10 птенцов, а 21 - зафиксировал в двух контейнерах-фиксаторах и подготовил их к спуску.

Вечером 27 февраля птенцов стали готовить к спуску на Землю: в 22:00 в камеру возврата поместили 10 птенцов, один из которых прошел испытания в центрифуге, и разместили в спускаемом аппарате.

При спуске 7 птенцов погибли от переохлаждения, т.к. температура в спускаемом аппарате была всего +11њС, а камера возврата не обогревалась. И все-таки три птенца вернулись на Землю живыми! Были возвращены и 27 птенцов, зафиксированных на борту в спиртоглицериновом растворе для дальнейшего изучения.

Результаты экспериментов уникальны - впервые в мире с орбиты на Землю возвращены живые птенцы, выведенные в невесомости.

Далее: