Микрокосм на орбите

Мікрокосм на орбіті
Фото: Фото: Depositphotos

Украинские ученые планируют провести беспрецедентный эксперимент в космической биологии и установить временной рекорд пребывания растений в космосе.

Если Илон Маск сказал, что учредит колонию на Марсе – так оно и будет. Создал же он «Теслу» и даже многократную ракетную ступень, которая должна радикально удешевить завоевание космоса. Чего бы и не колония на Марсе?

А хотя бы потому, что есть принципиальные вопросы, которые пока никто не решил. Например, «чем дышать?» и «что есть?». Если вы летите в космос на несколько недель или месяцев, запас кислорода и пищи можно взять с собой.

Но если вы хотите основать постоянную колонию за пределами Земли – не важно, на Марсе, Луне или Титане, вам придется научиться производить продукты питания и добывать кислород самостоятельно. На Земле этим занимаются растения – вот уже более двух миллиардов лет. Даже если вы ярый мясоед, то должны понимать, что без растений мяса не бывает (да, мы слышали о гамбургерах из стволовых клеток, но в магазинах их пока нет и вопрос колонизации космоса они не решают).

«Где бы мы не создали внеземную колонию, нам придется оборудовать ее маленькой биосферой»

Где бы мы не создали внеземную колонию, нам придется оборудовать ее маленькой биосферой. Простыми словами, сделать некую герметичную теплицу, где растения с помощью света (ведь Солнце и на Марсе светит) из воды и углекислого газа будут вырабатывать кислород и кормить людей своими плодами. Казалось бы, все просто. Но это только на первый взгляд – до создания подобных экосистем нам еще очень далеко. Но космобиологи работают над этим.

Космос на Земле

Проводить биологические эксперименты в космосе – удовольствие, которое могут позволить себе лишь богатые страны. Украине попасть в этот клуб очень сложно. Изредка это случается, как в случае с полетом Леонида Каденюка в 1997 году, когда он проводил биологические опыты на борту американского космического корабля «Колумбия».

Борис Рассамакин

Сегодня вокруг Земли вращаются два наноспутника, созданные научной группой Бориса Рассамакина

К счастью, условия космоса можно моделировать и на Земле. Например, для этого используют специальные приборы – клиностаты, с помощью которых растения заставляют «поверить», что они находятся в условиях микрогравитации. Подобные эксперименты также очень важны – стоят они почти ничего по сравнению с космическими полетами и проводить их можно столько, сколько нужно. Что и делают в разных странах.

В Украине влияние условий космического полета на растения исследуют несколько научных учреждений, среди которых Институт ботаники им. Н.Г. Холодного НАН Украины и Ботанический сад им. Н.Н. Гришко НАН Украины. И все же, ни одна симуляция не может на 100% заменить настоящий космос. Такой дорогой и такой недосягаемый.

Во время одной из научных конференций Борис Рассамакин из КПИ им. Сикорского предложил провести на его следующем спутнике какой-то биологический эксперимент. Сегодня вокруг Земли вращаются два наноспутника, созданные его научной группой. PolyITAN-1 запустили летом 2014 с российской пусковой базы «Ясный», а PolyITAN-2-SAU – в апреле этого года с космодрома на мысе Канаверал.

Важное преимущество наноспутников – их компактность и небольшая масса. Это значит, что их можно запускать «пакетами» по несколько десятков штук, и стоимость запуска делить между всеми участниками.

Но какой именно эксперимент? Кого можно «поселить» в спутнике, размером с литровую банку или чуть больше? Елизавета Кордюм из Института ботаники им. М. Холодного решила, что запустить на орбиту можно микрокосм. Именно так – «микрокосм» – это научный термин, и к философии не имеет никакого отношения. Простыми словами, это упрощенная модель экосистемы. Такие модели могут быть разными и выглядеть по-разному.

PolyITAN-1 запустили летом 2014 с российской пусковой базы «Ясный», а PolyITAN-2-SAU – в апреле этого года с космодрома на мысе Канаверал.

Важное преимущество наноспутников – их компактность и небольшая масса. Это значит, что их можно запускать «пакетами» по несколько десятков штук, и стоимость запуска делить между всеми участниками

Лес в банке

Ірина Харитонова

У Ирины Харитоновой в каждой руке по микрокосму

В одном из корпусов Ботанического сада им. Гришко НАН Украины храниться герметически закрытая трехлитровая банка, через грязные стенки которой просматриваются зеленые листья.

— Здесь происходит нечто подобное тому, что и в обычном лесу, – рассказывает старший научный сотрудник отдела аллелопатии Ирина Харитонова.

Листья опадают, бактерии и грибы «перерабатывают» их, и химические элементы вновь возвращаются в растения. И так уже более 10 лет. Это и есть пример микрокосма. Его главные жители – различные виды орхидей (именно они являются удобным объектом для длительных космических экспериментов). Стенки загрязнились изнутри из-за водорослей, но чистить их, конечно, никто не будет. Экосистема сама «знает», что для нее лучше – именно поэтому она до сих пор живет.

Эксперимент в трехлитровой банке побил все временные рекорды ботсада, и пока останавливать его никто не собирается. А в соседней лаборатории Ирина Прокофьевна показывает еще шесть банок. Они меньше и «младшие» – эксперимент в них длится около года. Суккулентам, бромелиевым и папоротникам наугад подобрали соседей, чтобы понять, какие виды растений хорошо живут «под одной крышей». Тогда уже можно и на орбиту.

«Листья опадают, бактерии и грибы «перерабатывают» их, и химические элементы вновь возвращаются в растения. И так уже более 10 лет. Это и есть пример микрокосма»

Правда, обычную банку в наноспутнике в космос не отправишь – нужен специальный гермоблок.

Банки

В каждую банку поселили растения из разных семейств, чтобы понять, какие виды хорошо живут «под одной крышей». Тогда уже можно и на орбиту.

Идеальный дом

«90% успеха эксперимента будет зависеть от дизайна гермоблока», – говорит клеточный биолог Василий Брыков. Он работает в отделе клеточной биологии и анатомии Института ботаники, который возглавляет Елизавета Кордюм.

Василий собрал и возглавил группу молодых ученых, готовых реализовать данный проект. Команда состоит из представителей КПИ, Института ботаники, ботанического сада им. Гришко, Киево-Могилянской академии, а также Центра исследования природы (Вильнюс, Литва). Их проект в июне этого года занял третье место на «Молодежном конкурсе перспективных проектов», который проводил Совет по космическим исследованиям НАН Украины.

«Одна из самых ответственных задач – подобрать состав «участников» полета. Скорее всего, в первую очередь в космос полетят орхидеи»

Общая идея проекта достаточно проста. Обычно биологические эксперименты в космосе требуют сложного оборудования и участия человека, который будет все это постоянно обслуживать. А микрокосм может «жить сам по себе» – в идеале, конечно.

Герметичная камера, в которой растения полетят на орбиту, по размеру будет примерно как литровая банка. В космосе для такой экосистемы необходимо обеспечить свет, тепло и циркуляцию воздуха внутри. Причем, при желании ученые смогут изменять эти показатели в течение полета. И одна из самых ответственных задач – подобрать состав «участников» полета. Скорее всего, в первую очередь в космос полетят орхидеи, но какие именно виды – еще предстоит определить.

Василь Бриков

Василий Брыков ухаживает за ростками сои, которым на Земле смоделировали условия микрогравитации

Эксперимент одновременно начнется в космосе и на Земле – здесь будут такие же камеры с такими же условиями и таким же «населением». Чтобы понять, что происходит в космической гермокамере на орбите, ее оборудуют датчиками температуры, влажности, уровня СОи инфракрасной камерой.

В идеале показатели космического эксперимента будут близки к контрольным показателям на Земле. Но на практике они могут существенно отличаться: например, растения будут хуже развиваться, или погибнут. Если так произойдет, важно понять – почему именно.

Новый Эдем

Экспериментов с микрокосм да еще и на борту наноспутника до сих пор никто в мире не проводил, и украинские ученые могут стать первыми. Программа максимум будет выполнена, если экосистема продержится в космических условиях в течение трех лет. Но даже один год – это уже будет большой успех.

Конечно, ожидать от этого эксперимента какого-то потрясающего результата вроде бананов или арбузов, выращенных в орбитальной теплице, пока еще не стоит.

«Мы хотим создать новую платформу для исследований по космической биологии, – говорит Василий Брыков. – Она будет не такая крутая, как те, что используются сейчас на МКС. Но она дешевая и в этом ее безоговорочное преимущество. Надеюсь, что в будущем наноспутники будут широко использоваться для экспериментов над растениями в условиях космоса, а это, возможно, позволит колонизировать космос».

Осталось не так уж и много – найти финансирование для этого проекта. Теоретически, призовое место в конкурсе НАН Украины дает возможность получить средства на проект в рамках космической программы на 2018-2022 годы. Но Василий Брыков не слишком уверен в такой перспективе и готов искать финансирование из других источников. По словам Бориса Рассамакина, он будет искать средства по программе «Горизонт 2020».

«Осталось не так уж и много – найти финансирование для этого проекта»

Если наши космические корабли когда-нибудь отправятся к далеким планетам, и мы учредим там поселения, они будут напоминать Землю в миниатюре. Это будет новый Эдем. Чтобы понять законы, по которым он будет устроен, сегодня необходимо лучше присмотреться к тому, что происходит в трехлитровой банке с грязными стенками.