ЗдоровьеНаука о космосе:
Зачем на орбиту отправляют мышей, пиво
и сперматозоиды
И что такое космический фастфуд
Текст: Марина Левичева
12 апреля 1961 года Юрий Гагарин стал первым человеком в истории, совершившим полёт в космос. Через несколько десятков лет невероятное стало почти обыденным — мир заговорил о космическом туризме. Правда, начался он не очень гладко: в 1986 году первой космической туристкой должна была стать американская учительница Криста Маколифф, которая погибла через 73 секунды после запуска шаттла «Челленджер», и в США приняли закон, запрещающий полёты в космос непрофессионалам. Но мир менялся, и совершенствовались способы, позволяющие обеспечить безопасность пассажиров.
На МКС уже успели побывать бизнесмен Деннис Тито, основатель компании Canonical Марк Шаттлворт, основатель Sensors Unlimited Грегори Олсен, соосновательница Prodea Systems Ануше Ансари, ставшая первой женщиной среди космических туристов, глава Intentional Software Corporation Чарльз Симони (причём дважды), разработчик компьютерных игр Ричард Гэрриот и руководитель Cirque du Soleil Ги Лалиберте. Да и запуск Илоном Маском автомобиля Tesla с манекеном на борту не может не впечатлять — особенно учитывая ироничную отсылку к романам «Автостопом по галактике» в виде сообщения «Don’t Panic» на мультимедийной системе.
Всё это, впрочем, не означает, что человечество подчинило себе космос. Перед нами ещё масса задач, например планы по колонизации Марса. И сейчас учёные не упускают возможности использовать космос в своих целях. Международная космическая станция — это лаборатория на орбите, где можно проводить уникальные эксперименты. Потенциально это может быть полезно и космонавтам, и будущим жителям Марса, полёт на который, как выяснилось, в два раза опаснее, чем все думали. Но пока это позволяет как минимум получать данные для научных, в том числе медицинских, открытий.
Космонавты-близнецы и изменение генома
Скотт и Марк Келли — единственные в мире абсолютно идентичные космонавты (они однояйцевые близнецы). По крайней мере, так было до тех пор, пока Скотт почти год не провёл в условиях невесомости. Обычно космонавты «живут» на МКС не более полугода, но Скотта Келли намеренно отправили на станцию на более продолжительный срок — чтобы изменения в его организме оказались заметнее. После возвращения исследователи сравнили его показатели с братом: оказалось, что рост Скотта увеличился почти на пять сантиметров. Кроме того, уменьшилась его масса тела, почти полностью изменился микробиом (совокупность микроорганизмов) кишечника, да и геном, если верить предварительному анализу, претерпел некоторые изменения.
Всё это позволило специалистам NASA заявить, что космическая среда активировала в теле Скотта Келли группу «космических» генов, которые повлияли на иммунитет, особенности костной ткани, зрение, слух и некоторые другие показатели. Несмотря на то что большая часть изменений (например, рост) через некоторые время вернулась к исходной точке, около 7 % генов закрепились в новом состоянии. Учёные полагают, что причину происходящего следует искать в «космическом стрессе» — воздействии на тело нетипичной среды, которую организм воспринимает как угрозу, отвечая на неё соответствующим образом.
Космическая среда активировала в теле Скотта Келли группу «космических» генов, которые повлияли на иммунитет, особенности костной ткани, зрение, слух
В предыдущих исследованиях, к слову, было отмечено, что полёты в космос особым образом влияют и на мозг, делая его более нейропластичным. По данным эксперимента, проведённого в Мичиганском университете, количество серого вещества в одних областях у космонавтов снижалось, в то время как в других, более нужных на данный момент — например, в зонах, ответственных за движение нижних конечностей, — увеличивалось.
В то же время команда учёных из Университета Флориды выяснила, что при путешествии на Луну у космонавтов возрастает риск проблем с сердцем: на основе данных, полученных от участников программы «Аполлон» с 1961 по 1972 год, они установили, что космическая радиация наносит примерно в пять раз больший вред сердцу и сосудам «лунных» космонавтов в сравнении с космонавтами, которые никогда не летали на Луну.
Пинки и Брейн: мыши в космосе
На состояние печени негативно влияют не только алкоголь и жирная пища, но и полёты в космос. К такому выводу в 2011 году пришли исследователи из Университета Колорадо, которые сначала отправили грызунов в космос почти на две недели (если точнее — на тринадцать с половиной дней), а затем посмотрели, как изменились их органы после этого необычного путешествия. Анализ данных показал, что основные проблемы были связаны с печенью: у животных нашли начальные признаки неалкогольной жировой болезни. Установить точную причину в таких экспериментах довольно сложно, но учёные предположили, что полёт запускал процессы, провоцирующие развитие фиброза (разрастания соединительной ткани).
Что касается лабораторных мышей — их путешествия в космос для современной науки являются одними из самых важных. Эксперименты на грызунах невозможно воспроизвести у людей по этическим причинам — зато они помогают понять, сможет ли организм человека справиться с последствиями длительного мощного космического излучения, способного вызывать мутации, например, ведущие к злокачественным опухолям. На МКС отправляют не только взрослых мышей, но и замороженные мышиные эмбрионы. После возвращения на Землю их внедряют в организмы суррогатных мышиных матерей и уже в традиционных условиях наблюдают за ростом и развитием мышат.
В середине прошлого года калифорнийские учёные объявили о своём намерении отправить на МКС сразу сорок мышей с целью тестирования новой вакцины от остеопороза. Разработанное на основе костного белка NELL-1 экспериментальное лекарство должно защищать костную ткань от остеокластов — клеток, разрушающих её. Давно известно, что после пятидесяти лет люди теряют в среднем 0,5 % костной ткани каждый год. Однако в условиях невесомости этот процесс ускоряется. Если испытания окажутся успешными, вакцина поможет и космонавтам, вынужденным проводить месяцы на орбите, и «землянам», столкнувшимся с повреждениями костей.
Космическая пивоварня
Обилие исследований на темы, которые на первый взгляд кажутся ненаучными (например, поиск причины, по которой женщины нюхают рубашки своих партнёров), помогает верить, что наука не обязательно скучна. Это особенно справедливо, когда учёные объединяются с гастрономическими — или, в данном случае, алкогольными — энтузиастами. В 2017 году чешская пивоваренная компания Budweiser заявила, что скоро отправит на МКС семена ячменя. Зачем? Чтобы стать первыми, кто начнёт варить пиво прямо в космосе.
Разумеется, пивовары не смогли бы обойтись исключительно своими силами. Они объединили усилия с Центром продвижения космической науки, управляющим американской лабораторией на МКС, а также частной компанией Space Tango. На космическую станцию планируется отправить двадцать семян ячменя, которые примут участие как минимум в двух экспериментах: в первом будет изучаться поведение семян в условиях микрогравитации (то есть гравитации в рамках космического корабля, которая присутствует, хотя и намного слабее, чем на Земле), во втором — рост ячменя в невесомости.
Правда, «скоро» в случае с космическими экспериментами — понятие растяжимое. Пока непонятно, осуществится ли задумка владельцев Budweiser. Проблема в том, что семена уже должны были доставить на МКС: ракета SpaceX CRS-13 с ними на борту планировала стартовать 4 декабря 2017 года, затем — 8 или 12 декабря, однако запуск всё время откладывался. Информации по этому поводу до сих пор не поступало, так что космическое пиво вряд ли начнут варить в этом году.
Еда по правилам и без
Полноценное и сбалансированное питание — одна из важнейших проблем космонавтов в условиях продолжительных полётов. Конечно, можно положиться на всем известные «тюбики», однако учёные не оставляют попыток разработать нечто максимально напоминающее земной рацион. На борту МКС пока удалось вырастить только салат, но работы по созданию более разнообразного меню не останавливаются ни на минуту.
Недавно исследовательской группе на немецкой Neumayer Station III в Антарктиде с помощью гидропоники удалось вырастить без света и почвы не только салат, но и редис и огурцы. И пусть Антарктида не вполне космос, суровые климатические условия позволяют проработать технологии выращивания овощей (а в перспективе и фруктов), которые будут применимы и на МКС.
Что касается мяса, то определённых успехов в этом удалось достичь компании Memphis Meats, которая «вырастила»
в лаборатории фрикадельки, по вкусовым качествам ничуть не уступающие традиционным
Что касается мяса, то определённых успехов в этом удалось достичь компании Memphis Meats, которая «вырастила» в лаборатории фрикадельки, по вкусовым качествам ничуть не уступающие традиционным. Представители компании уверены, что внедрение их продукции в космический рацион может произойти в ближайшие пять лет. С другой стороны, за это время в Space10, инновационном центре и специальной лаборатории ИКЕА, могут придумать, как воссоздать в невесомости их фастфуд будущего, включая хот-доги из спирулины (сине-зелёной водоросли) и червячные фрикадельки, так что Memphis Meats не стоит расслабляться.
Соперничать за право кормить космонавтов может и команда учёных из Университета Пенсильвании, которые придумали, как превратить отходы в пищу. В процессе переработки отходов в специальной закрытой системе им удалось получить культуру Methylococcus capsulatus, на 52 % состоящую из белков и на 36 % — из жиров, что может пригодиться как в длительных полётах, так и при будущих попытках колонизации других планет.
Космические мутации и земная резистентность
Зачем отправлять на МКС колонии золотистых стафилококков? Ответ на вопрос кажется неочевидным, но его точно знает глава компании Nanobiosym Анита Гоэль, которая и попросила NASA об этом. Опасные «пассажиры» отправились в космос 18 февраля 2017 года, а целью кампании стало изучение механизмов мутаций этих бактерий и, как следствие, получение информации, которая поможет при разработке лекарств на Земле.
Важно, что золотистый стафилококк устойчив ко многим антибиотикам и может вызывать сепсис, инфекции крови и пневмонию. В предыдущих исследованиях грибки росли в условиях микрогравитации быстрее, и Гоэль предположила, это может произойти и с бактериями, которые будут быстрее мутировать. Предполагается, что могут проявиться мутации, с которыми мы пока не знакомы, и это позволит начать работу над подходящими лекарствами, пока необходимость в них ещё не возникла — звучит как минимум обнадёживающе.
Секс и рождение детей на Марсе
Если воспринимать разговоры о колонизации Марса как нечто реальное, появляется крайне важный вопрос: что делать с репродукцией? Очень важно учитывать влияние на половые клетки солнечной радиации, которая в космосе в сто раз сильнее, чем на Земле. Другой немаловажный фактор — микрогравитация, которая, как говорилось ещё в 1988 году, может ускорять передвижение сперматозоидов. Впрочем, тридцать лет назад исследователи не смогли установить, влияет ли это на процесс оплодотворения.
Всё изменилось в 2017 году, когда японские учёные отправили в космос замороженные образцы спермы мышей, которые хранились на МКС в течение девяти месяцев. Когда их вернули на землю, разморозили, а затем использовали для оплодотворения, то выяснилось, что повреждения хотя и были, но минимальные. В итоге на свет появились сразу девять «космических» мышат — вполне нормальных, без аномалий в геноме или развитии, которые сами оказались способны к оплодотворению и дали полноценное потомство.
Этот эксперимент позволил говорить, что космос вполне подходящая для оплодотворения среда. Другое дело, что мышата всё-таки родились на Земле, а сперматозоиды хранились на МКС не так уж долго — и при изменении этих условий модификация генома может стать более существенной. По словам исследователей, они планируют это проверить, как только представится возможность.
