Космический ковчег: зачем мыши летали на полярную орбиту

В сентябре на Землю вернулся биоспутник «Бион-­М» № 2 с необычным экипажем: 75 мышей, 1,5 тыс. мух-дрозофил, несчетное количество муравьев, микроорганизмов и семян растений. Они помогут изучить, как на живые организмы влияют условия космоса, в том числе радиация. За месяц на борту было проведено три десятка экспериментов, ключевые — ​в этом материале.

«Бион-­М» № 2 находился на солнечно­-синхронной околоземной орбите высотой 370–380 км с наклонением около 97 градусов. Именно по ней будет летать планируемая Российская орбитальная станция (РОС). Орбита проходит вблизи полюсов Земли, где защитный купол магнитосферы довольно тонкий. В этих областях наблюдается прямое проникновение космических лучей. Уровень радиации там на 30 % выше, чем на низких широтах, где летает Международная космическая станция (МКС). Это принципиально новый, более суровый рубеж для биоспутников, максимально приближающий условия полета к реалиям межпланетного пространства. Основная задача миссии «Бион­-М» — ​оценка безопасности орбиты для экипажа РОС и отработка технологий для полетов к Луне и Марсу.

«Пока нет оснований полагать, что условия на полярной орбите неприемлемы для пилотируемой космонавтики, — ​отметил Олег Орлов, директор Института медико­-биологических проблем (ИМБП) РАН, занимающегося формированием и реализацией научной программы «Биона­-М». — ​Другое дело, что, начиная осваивать эти орбиты, необходимо понимать степень негативного влияния факторов полета на организм человека, чтобы учитывать это при проектировании пилотируемых комплексов и совершенствовании систем медико-­биологического обеспечения полетов в новых условиях».

Таблетка от радиации и династии испытателей

Мыши генетически и физиологически очень близки к человеку: 95 % генов, кодирующих белки, у нас одинаковы. На «Бионе­-М» были лабораторные мыши трех групп. Первая — ​обычные. Вторая — ​с выключенным (нокаутным) геном Nrf2, который регулирует антиоксидантную защиту, борющуюся с повреждениями от радиации. «Нокаут» гена сделал эту группу мышей высокочувствительными биоиндикаторами: негативные эффекты проявятся у них раньше и ярче. Третья группа получала препарат «Омеваксолон», который активирует экспрессию Nrf2. Ученые рассчитывают выяснить, позволит ли целенаправленная активация этой защитной системы сохранить здоровье космонавтов в межпланетном полете.

Кроме того, впервые поставлен эксперимент с разной технологией кормления мышей. Одна группа получала сухой брикетированный корм и воду в виде геля, другая — ​пастообразный корм с жидкостью. Исключительно удобно в невесомости: вода не разлетается по контейнеру, ее удобно хранить и дозировать. Но главное — ​сравнить эффект этих типов питания.

Отдельное и очень перспективное направление — ​изучение функционирования репродуктивной системы организмов в космосе. Идеальный объект испытаний — ​мушки­-дрозофилы, чей жизненный цикл длится 10–14 дней. На борту «Биона-­М» находились потомки дрозофил, которые несколько месяцев назад вывелись на МКС. В «Бионе­-М» появились еще два поколения. Ученые оценят, как космические условия влияют на сохранность генетического материала и способность к воспроизводству.

Имитация метеорита

На «Бионе­-М» № 2 поставили и эксперимент по одной из самых смелых гипотез — ​панспермии, предполагающей перенос жизни между планетами на метеоритах. На внешней обшивке аппарата были закреплены базальтовые пластины, имитирующие поверхность метеорита. 22 вида экстремофильных микроорганизмов заселили в лунки на этой пластине, чтобы проверить, переживут ли они нагрев до нескольких тысяч градусов при прохождении спутника через слои атмосферы. Выжил только один штамм термофильных спорообразующих бактерий, но и этого достаточно, чтобы доказать состоятельность гипотезы панспермии.

На борту также тестировались технологии для автономных миссий, а именно — ​микробные топливные элементы. Биологические батареи, в которых анодная камера с бактериальной культурой генерирует разность потенциалов до 0,7 В на ячейку, — ​надежный, хотя и маломощный источник энергии для долговременных экспедиций. В другом эксперименте изучалась способность термофильных клостридий перерабатывать отходы из хлопка, например марлю. У метода двухстадийная декомпозиция: сначала твердая масса превращается в жидкость, а затем продукты разложения очищаются до состояния так называемой серой воды, пригодной для полива орбитальных оранжерей. Эта технология переработки критически важна в длительных полетах, например к Марсу, когда нет возможности отправлять мусор на Землю в грузовых кораблях.

После посадки

Спускаемый аппарат с ценным научным грузом приземлился в Оренбургской области. Ученые приступили к интенсивному изучению биоматериала. В ИМБП РАН развернут временный лагерь научного оборудования, где в круглосуточном режиме проводятся исследования сердечно-­сосудистой системы мышей. Сердечно­-сосудистая система очень подвержена влиянию микрогравитации и космического излучения, однако механизмы полетных изменений кровообращения пока изучены мало. У большой группы мышей удалось получить записи сердечного ритма непосредственно во время взлета, полета и посадки.

Кстати

Российский биоспутник «Бион­-М» № 1 запустили с Байконура 19 апреля 2013 года. Он вернулся месяц спустя. Это был самый длительный полет автоматического летательного аппарата с биологическими объектами на борту. К сожалению, некоторые члены экипажа (монгольские песчанки, рыбы-цихлиды и часть мышей) погибли из-за отказа бортовой техники. Более стойкими оказались гекконы и улитки. Их изучение дало уникальные данные о реакциях живого организма на условия космического полета.