Наука про космос: Навіщо на орбіту відправляють мишей, пиво і сперматозоїди
12 квітня 1961 року Юрій Гагарін став першою людиною в історії, яка вчинила політ в космос. Через кілька десятків років неймовірне стало майже буденним - світ заговорив про космічний туризм. Правда, почався він не дуже гладко: у 1986 році першою космічною туристкою повинна була стати американська вчителька Кріста Маколіфф, яка загинула через 73 секунди після запуску шаттла "Челленджер", і в США прийняли закон, що забороняє польоти в космос непрофесіоналам. Але світ змінювався, і удосконалювалися способи, що дозволяють забезпечити безпеку пасажирів.
На МКС вже встигли побувати бізнесмен Денніс Тіто, засновник компанії Canonical Марк Шаттлворт, засновник Sensors Unlimited Грегорі Олсен, співзасновниця Prodea Systems Ануше Ансарі, яка стала першою жінкою серед космічних туристів, глава Intentional Software Corporation Чарльз Сімоні (причому двічі), розробник комп'ютерних ігор Річард Герріот і керівник Cirque du Soleil Гі Лаліберте. Та й запуск Ілона Маском автомобіля Tesla з манекеном на борту не може не вражати - особливо з огляду на іронічну відсилання до романів "Автостопом по галактиці" у вигляді повідомлення "Do not Panic" на мультимедійній системі.
Все це, втім, не означає, що людство підкорило собі космос. Перед нами ще маса завдань, наприклад плани по колонізації Марса. І зараз вчені не втрачають можливості використовувати космос у своїх цілях. Міжнародна космічна станція - це лабораторія на орбіті, де можна проводити унікальні експерименти. Потенційно це може бути корисно і космонавтам, і майбутнім мешканцям Марса, політ на який, як з'ясувалося, в два рази небезпечніше, ніж всі думали. Але поки це дозволяє як мінімум отримувати дані для наукових, в тому числі медичних, відкриттів.
Космонавти-близнюки і зміна генома
Скотт і Марк Келлі - єдині в світі абсолютно ідентичні космонавти (вони однояйцеві близнюки). По крайней мере, так було до тих пір, поки Скотт майже рік не провів в умовах невагомості. Зазвичай космонавти "живуть" на МКС не більше півроку, але Скотта Келлі навмисно відправили на станцію на більш тривалий термін - щоб зміни в його організмі виявилися помітніше. Після повернення дослідники порівняли його показники з братом: виявилося, що зростання Скотта збільшився майже на п'ять сантиметрів. Крім того, зменшилася його маса тіла, майже повністю змінився мікробіом (сукупність мікроорганізмів) кишечника, та й геном, якщо вірити попереднім аналізом, зазнав деяких змін.
Все це дозволило фахівцям NASA заявити, що космічне середовище активувала в тілі Скотта Келлі групу "космічних" генів, які вплинули на імунітет, особливості кісткової тканини, зір, слух і деякі інші показники. Незважаючи на те що більша частина змін (наприклад, зростання) через деякий час повернулася до вихідної точки, близько 7% генів закріпилися в новому стані. Вчені вважають, що причину того, що відбувається слід шукати в "космічному стресі" - впливі на тіло нетиповою середовища, яку організм сприймає як загрозу, відповідаючи на неї відповідним чином.
Космічне середовище активувала в тілі Скотта Келлі групу "космічних" генів, які вплинули на імунітет, особливості кісткової тканини, зір, слух
У попередніх дослідженнях, до слова, було відзначено, що польоти в космос особливим чином впливають і на мозок, роблячи його більш нейропластичності. За даними експерименту, проведеного в Мічиганському університеті, кількість сірої речовини в одних областях у космонавтів знижувалося, в той час як в інших, більш потрібних на даний момент - наприклад, в зонах, відповідальних за рух нижніх кінцівок, - збільшувалася.
У той же час команда вчених з Університету Флориди з'ясувала, що під час подорожі на Місяць у космонавтів зростає ризик проблем із серцем: на основі даних, отриманих від учасників програми "Аполлон" з 1961 по 1972 рік, вони встановили, що космічна радіація завдає приблизно в п'ять разів більшої шкоди серцю і судинам "місячних" космонавтів в порівнянні з космонавтами, які ніколи не літали на Місяць.
Стусани і Брейн: миші в космосі
На стан печінки негативно впливають не тільки алкоголь і жирна їжа, але і польоти в космос. До такого висновку в 2011 році прийшли дослідники з Університету Колорадо, які спочатку відправили гризунів в космос майже на два тижні (якщо точніше - на тринадцять з половиною днів), а потім подивилися, як змінилися їхні органи після цього незвичайного подорожі. Аналіз даних показав, що основні проблеми були пов'язані з печінкою: у тварин знайшли початкові ознаки неалкогольний жирової хвороби. Встановити точну причину в таких експериментах досить складно, але вчені припустили, що політ запускав процеси, що провокують розвиток фіброзу (розростання сполучної тканини).
Що стосується лабораторних мишей - їх подорожі в космос для сучасної науки є одними з найважливіших. Експерименти на гризунах неможливо відтворити у людей з етичних причин - зате вони допомагають зрозуміти, чи зможе організм людини впоратися з наслідками тривалого потужного космічного випромінювання, здатного викликати мутації, наприклад, що ведуть до злоякісних пухлин. На МКС відправляють не тільки дорослих мишей, але і заморожені мишачі ембріони. Після повернення на Землю їх впроваджують в організми сурогатних мишачих матерів і вже в традиційних умовах спостерігають за ростом і розвитком мишенят.
В середині минулого року каліфорнійські вчені оголосили про свій намір відправити на МКС відразу сорок мишей з метою тестування нової вакцини від остеопорозу. Розроблене на основі кісткового білка NELL-1 експериментальне ліки повинні захищати кісткову тканину від остеокластів - клітин, що руйнують її. Давно відомо, що після п'ятдесяти років люди втрачають в середньому 0,5% кісткової тканини щороку. Однак в умовах невагомості цей процес прискорюється. Якщо випробування виявляться успішними, вакцина допоможе і космонавтам, вимушеним проводити місяці на орбіті, і "землянам", які зіткнулися з ушкодженнями кісток.
Космічна пивоварня
Велика кількість досліджень на теми, які на перший погляд здаються ненауковими (наприклад, пошук причини, по якій жінки нюхають сорочки своїх партнерів), допомагає вірити, що наука не обов'язково нудна. Це особливо справедливо, коли вчені об'єднуються з гастрономічними - або, в даному випадку, алкогольними - ентузіастами. У 2017 році чеська пивоварна компанія Budweiser заявила, що скоро відправить на МКС насіння ячменю. Навіщо? Щоб стати першими, хто почне варити пиво прямо в космосі.
Зрозуміло, пивовари не змогли б обійтися виключно своїми силами. Вони об'єднали зусилля з Центром просування космічної науки, керуючим американською лабораторією на МКС, а також приватною компанією Space Tango. На космічну станцію планується відправити двадцять насіння ячменю, які візьмуть участь як мінімум в двох експериментах: в першому буде вивчатися поведінку насіння в умовах мікрогравітації (тобто гравітації в рамках космічного корабля, яка присутня, хоча і набагато слабкіше, ніж на Землі), у другому - зростання ячменю в невагомості.
Правда, "скоро" у випадку з космічними експериментами - поняття розтяжне. Поки незрозуміло, чи здійсниться задум власників Budweiser. Проблема в тому, що насіння вже повинні були доставити на МКС: ракета SpaceX CRS-13 з ними на борту планувала стартувати 4 грудня 2017 року, потім - 8 або 12 грудня, однак запуск весь час відкладався. Інформації з цього приводу досі не надходило, так що космічне пиво навряд чи почнуть варити в цьому році.
Їжа за правилами і без
Повноцінне і збалансоване харчування - одна з найважливіших проблем космонавтів в умовах тривалих польотів. Звичайно, можна покластися на всім відомі "тюбики", проте вчені не залишають спроб розробити щось максимально нагадує земний раціон. На борту МКС поки вдалося виростити тільки салат, але роботи по створенню більш різноманітного меню не зупиняються ні на хвилину.
Нещодавно дослідницькій групі на німецькій Neumayer Station III в Антарктиді за допомогою гідропоніки вдалося виростити без світла і грунту не тільки салат, але і редис і огірки. І нехай Антарктида не цілком космос, суворі кліматичні умови дозволяють пропрацювати технології вирощування овочів (а в перспективі і фруктів), які будуть застосовні і на МКС.
Що стосується м'яса, то певних успіхів в цьому вдалося досягти компанії Memphis Meats, яка "виростила" в лабораторії фрикадельки, за смаковими якостями нітрохи не поступаються традиційним
Що стосується м'яса, то певних успіхів в цьому вдалося досягти компанії Memphis Meats, яка "виростила" в лабораторії фрикадельки, за смаковими якостями нітрохи не поступаються традиційним. Представники компанії впевнені, що впровадження їх продукції в космічний раціон може статися в найближчі п'ять років. З іншого боку, за цей час в Space10, інноваційному центрі і спеціальної лабораторії ІКЕА, можуть придумати, як відтворити в невагомості їх фастфуд майбутнього, включаючи хот-доги з спіруліни (синьо-зеленої водорості) і черв'ячні фрикадельки, так що Memphis Meats не варто розслаблятися.
Змагатися за право годувати космонавтів може і команда вчених з Університету Пенсільванії, які придумали, як перетворити відходи в їжу. У процесі переробки відходів в спеціальній закритій системі їм вдалося отримати культуру Methylococcus capsulatus, на 52% складається з білків і на 36% - з жирів, що може стати в нагоді як в тривалих польотах, так і при майбутніх спробах колонізації інших планет.
Космічні мутації і земна резистентність
Навіщо відправляти на МКС колонії золотистих стафілококів? Відповідь на питання здається неочевидним, але його точно знає глава компанії Nanobiosym Аніта Гоель, яка і попросила NASA про це. Небезпечні "пасажири" вирушили в космос 18 лютого 2017 року, а метою кампанії стало вивчення механізмів мутацій цих бактерій і, як наслідок, отримання інформації, яка допоможе при розробці ліків на Землі.
Важливо, що золотистий стафілокок стійкий до багатьох антибіотиків і може викликати сепсис, інфекції крові і пневмонію. У попередніх дослідженнях грибки росли в умовах мікрогравітації швидше, і Гоель припустила, це може статися і з бактеріями, які будуть швидше мутувати. Передбачається, що можуть проявитися мутації, з якими ми поки не знайомі, і це дозволить почати роботу над відповідними ліками, поки необхідність в них ще не виникла - звучить як мінімум обнадійливо.
Секс і народження дітей на Марсі
Якщо сприймати розмови про колонізацію Марса як щось реальне, з'являється вкрай важливе питання: що робити з репродукцією? Дуже важливо враховувати вплив на статеві клітини сонячної радіації, яка в космосі в сто разів сильніше, ніж на Землі. Інший важливий фактор - мікрогравітація, яка, як говорилося ще в 1988 році, може прискорювати пересування сперматозоїдів. Втім, тридцять років тому дослідники не змогли встановити, чи впливає це на процес запліднення.
Все змінилося в 2017 році, коли японські вчені відправили в космос заморожені зразки сперми мишей, які зберігалися на МКС протягом дев'яти місяців. Коли їх повернули на землю, розморозили, а потім використовували для запліднення, то з'ясувалося, що ушкодження хоча і були, але мінімальні. В результаті на світ з'явилися відразу дев'ять "космічних" мишенят - цілком нормальних, без аномалій в геномі або розвитку, які самі опинилися здатні до запліднення і дали повноцінне потомство.
Цей експеримент дозволив говорити, що космос цілком підходяща для запліднення середу. Інша справа, що мишенята все-таки народилися на Землі, а сперматозоїди зберігалися на МКС не так вже й довго - і при зміні цих умов модифікація геному може стати більш істотною. За словами дослідників, вони планують це перевірити, як тільки трапиться нагода.
фотографії:NASA (1, 2, 3)
