Материалы портала «Научная Россия»

Космические огороды

Космические огороды
Галина Нечитайло, доктор биологических наук, рассказала о раннем этапе истории биологических исследований — как зацвел первый цветок на станции «Мир» и как птенцы перепелки учились летать в невесомости

О «золотом веке» российских космических биологических экспериментов — выращивании пищи, создании космического хлопчатника, магнитоуправляемых крабах и забытом на космической станции женьшене — в интервью с Галиной Семеновной Нечитайло, доктором биологических наук, профессором, старшим научным сотрудником Института Биохимической физики РАН, в советское время занимавшейся планированием и осуществлением биологических исследований в космосе.

 

Галина Семеновна, когда у нас было время расцвета российских космических биологических исследований?

Расцвет нашей отечественной космобиологии пришелся на 70-е годы, и закончился с окончанием срока функционирования орбитальной станции «Мир». Самый большой объем биологических экспериментов был проведен именно там и в это время.

Название изображения

Расскажите, пожалуйста, какие вам изначально ставились задачи?

Одной из наших первых и согласитесь, важных задач было, просто говоря, «выращивать еду». И самая главная из задач была, безусловно, понять, как именно условия космического полета воздействуют на живые организмы. Вы понимаете, сказать, что это только невесомость — нельзя. Сказать, что это только радиация — тоже нельзя. Это комплекс факторов воздействия. Нужно было понять, насколько это критично в первую очередь, для человека.

Вы знаете, что первый длительный полет — 18 суток, выполненный Андрияном Николаевым и Виталием Севастьяновым на корабле Союз-9 — был в 1970 году. После этого полета космонавты трудно переносили возвращение к земной гравитации, нуждались в медицинской помощи. Николаев тогда сказал — «Все, это предел! Дольше человек летать не может».

Здоровье космонавтов восстановилось, однако негативные с точки зрения медицины результаты первого долгосрочного полёта заставили нас разработать  различные методики, обеспечивающие физиологическую нагрузку на организм в ходе полёта. Человек может себя тренировать, работать над собой, чтобы справиться с этими условиями. А сейчас у нас космонавты уже больше года летают.

Название изображения

С чего начинались «космические оранжереи»?

У нас космические оранжереи были со времен первого «Салюта». Наши первые установки типа «Вазон» или «Оазис» для выращивания растений в космосе были, конечно, очень несовершенными. Но они работали и приносили результаты. Например, на орбитальной станции «Салют-4» у нас стояла установка «Оазис-1М», снабженная телеметрической и кинорегистрирующей системами, камера раз в 10 минут делала снимки. Объектом был у нас тогда горох. Бортинженер Георгий Гречко произвел полив грядок, включил свет. Установка была несовершенна, при поливе срывались огромные капли, за ними пришлось гоняться с салфетками. На третий день появились всходы.

Вообще космонавтам очень много пришлось возиться с этими растениями, то то не ладилось, то это. Проведенный на Земле анализ показал, что, несмотря на внешнее сходство с контрольными, растения отличались по структуре клеток, биохимическому составу, ростовым характеристикам. Но в целом эксперимент удался, были получены взрослые, двадцатитрехдневные растения, стебли сочные, зеленые, в полном расцвете сил. Они очень нравились космонавтам. А Георгий Гречко первым отметил тогда, что забота о космическом огороде стала огромной психологической поддержкой, особенно к концу полета, ему неосознанно хотелось почаще побыть рядом с растениями.

Во второй экспедиции эксперимент с «Оазисом» продолжали космонавты Петр Климук и Виктор Севастьянов. Вегетационные сосуды были уже «исправлены», с учетом приобретенного опыта. Эта экспедиция продолжалась дольше, чем первая, — два месяца. На грядках появились дружные всходы гороха, луковицы дали густую зеленую поросль, ничего не предвещало беды. Но вдруг растения стали желтеть, их листья закручивались в причудливые спирали.

На Земле выяснилось, что по общему развитию растения лишь незначительно отличаются от контрольных, выращенных на Земле, в земном «Оазисе». Но их гибель – последствия целого ряда факторов, в том числе и до сих пор не очень понятных. В отношении гороха, например, выяснилось, что он при невесомости растет, ориентируясь на источник света, однако его корневая система менее развита по сравнению с контрольными «земными» образцами. Но зацвести в космосе горох на тот момент так и не смог. Было установлено, что после определенной стадии, предшествующей образованию генеративных органов, рост этих растений тормозится под влиянием космических факторов, в первую очередь — невесомости.

Действовали методом проб и ошибок?

Первые наши установки были открытыми. Они просто находились рядом с космонавтами, безо всяких стеклянных боксов, и так далее. И мы первое время не могли добиться даже того, чтобы растения просто зацвели! Как оказалось, воздух, выдыхаемый человеком, его микрофлора, в условиях космоса угнетает растения, создает для них неблагоприятные условия.  Играет роль и то, что влагу при поливе у растений в таких условиях отнимает почва. Такой есть достоверный факт. Чтобы почва не оттягивала всю влагу — увлажнение должно быть постоянным.

Название изображения

Но проблему цветения растений в космосе вы все же в итоге решили?

Да, но это был очень долгий процесс. Все земные растения эволюционно сформировались в условиях земного тяготения. Реакцию растения на силу тяжести называют геотропизмом, он определяет направление роста растений. Вот тогда мы начали пробовать стимулировать растения электрическим полем, магнитным полем. У нас были установки «Биогравистат» — где растения выращивались на небольшой центрифуге, и «Магнитогравистат», где изучалось ориентирующее действие другого фактора — неоднородного магнитного поля. Его влияние на проростки креписа, льна, сосны тоже компенсировало отсутствие гравитационного поля.

Название изображения

И вот, наконец, лишь в 1981 году в эксперименте на станции «Салют-7» пришел успех. В камере «Фитон», полностью изолированной, с искусственным субстратом из агара и со своим источником света у нас зацвел арабидопсис. Не только зацвел, но и дал стручки  с совершенно полноценными семенами. Светлане Савицкой, прибывшей на станцию, космонавты вручили небольшой букетик из цветов арабидопсиса. Это было — впервые. А сейчас наши американские коллеги утверждают, что это впервые было у них. В более поздних экспериментах в космосе цвел и давал плоды горох, эти фотографии вошли в наш «золотой фонд». Семена пшеницы мы получили в 1991 году.

Теперь американская космическая оранжерея на МКС полностью изолирована, автоматизирована и так далее. Она как игрушка такая дорогая. Но чтобы сделать эту игрушку, они использовали наш 25-летний опыт, и по сравнению с результатами наших тогдашних работ, нового они пока ничего не получили.

Расскажите, пожалуйста, о знаменитом «космическом» хлопчатнике, у которого волокно имеет рекордную длину.

Эксперимент с хлопком — это до сих пор не разгаданная загадка. 20-дневные растения хлопчатника, выращенные на орбите, вернул на Землю Владимир Джанибеков. Это был полет «Салюта-7», пилотировавшийся Джанибековым и Савиных. Полет очень тяжелый. Перед полетом космонавтов спросили — что бы вы хотели взять с собой на орбиту? Джанибеков сказал, что хлопок, а Савиных — что клубнику.

На орбите хлопку в первое время не понравилось, и раз за разом растения гибли. Джанибеков очень переживал за хлопок. Однажды даже сказал на связи: «Вижу, как погибает растение, а мне кажется, что я сам умираю!» И мы все очень старались ему помочь. Разбирались буквально со всем.

И оказалось, что причина в том, что у хлопка очень быстро растет корень, достает до дна сосуда — это 20 см — и погибает! У них там были кроме сосудов еще и такие «мягкие укладки» для лука, и так далее. Посоветовали ему посадить хлопок в эту мягкую укладку. И все получилось! Вот эти 20-дневные растения Володя вернул на землю. И из 20 стеблей два дали уже ставшие знаменитыми длинноволокнистые формы.

Известно, что самый дорогой и ценный сорт хлопка, «египетский», достигает длины волокна до 7 см. Длина хлопкового волокна «космического» хлопка составила около 15 см. Это стало новым элитным сортом, который теперь выращивают в Узбекистане. А мы уже, увы, к этому отношения не имеем.

Название изображения

Понятно, что за державу обидно. Но в чем причина таких интересных наследственных изменений у растения?

По нашему мнению, произошли мутации в двух разных хромосомах. Раз есть такие мутации — это означает, что система защиты корабля от космических излучений проницаема, особенно в моменты солнечной активности. Значит, они неизбежно воздействуют и на организм людей.

Космос приносил и приносит парадоксы. Вот, например, история с женьшенем. Женьшень у нас летал в космос на длительный срок. Собственно, это была культура клеток женьшеня, а не полноценные растения. В течение года она поддерживала свою жизнеспособность, а потом экипаж покинул станцию и просто забыл там женьшень! А следующий экипаж, обнаруживший эту культуру, обнаружил, что культура клеток жива. Последующий анализ показал увеличение биологической активности этой биомассы в 6 раз! Это просто удивительная история.

Это не единственный случай увеличения в несколько раз биологической активности культур растительных тканей  в космосе. Мы проводили эксперименты с культурами тканей крокуса, стевии. И все это — еще и еще раз находило свое подтверждение. Значение этих исследований огромно. Космос мог бы стать своего рода «биофабрикой» биологически активных веществ, которые нельзя получить на земле.

Название изображения

А что происходило с животными?

Чтобы проверить, как «болезнь невесомости» влияет на животных, экспериментировали, например, с кубинскими крабами. В период линьки они сбрасывают свои покровы и набирают песок, и так далее. Мы предложили им вместе с песком металлические опилки. Крабик, набравший таких опилок, становился «магнитным», им можно было управлять при помощи магнитного поля. И вот надо сказать, что «магнитные» крабы чувствовали себя гораздо лучше.

В одном из экспериментов у рыб в космосе пропал плавательный пузырь. Перепела, попавшие в космос, совершают очень забавные движения. Вися в невесомости, они «гребут» лапками и постоянно крутятся, как волчок. Но это не помешало им, кстати, отложить яйца и принести потомство. Птенцы перепелов, доставленные на землю, благополучно выжили.

Я помню одного, который на земле, как и в космосе, пытался так же вертеться, и никак не понимал, почему не получается. Но потом привык, и все стало как обычно. Яйца перепелов на орбите были объектом исследования эмбрионального развития – на разных стадиях их вскрывали и смотрели, как идет развитие птенца. И вот однажды в одном из яиц эмбрион оказался без головы! Космонавт Рюмин пошутил тогда – «ну да, правильно, космонавту голова не нужна!» Черный юмор такой.

Название изображения

А кому в космосе жить хорошо?

Микроорганизмам. Они и на Земле находятся во взвешенном состоянии. А в космосе им просто раздолье — ведь они обитатели границ двух сред, например, воды и воздуха. Их благоденствие зависит от размеров поверхностей. А в невесомости поверхностей хоть отбавляй! Так что они плодятся и чувствуют себя прекрасно.

В общем, за 25 лет работы были получены результаты, о которых знают только те, кто специально интересуется?

К сожалению, это так. Долгое время многое было засекречено. Но все это уже давно не так! Но время ушло, мы потеряли многие годы, и многие наши результаты — полученные впервые в мире, используются и популяризируются нашими зарубежными коллегами. Сейчас речь идет о том, чтобы возобновить наши биологические эксперименты на МКС. Мы надеемся на то, что это произойдет. А пока — в лидеры космических оранжерей уверенно выходит Китай. У них есть планы орбитальных «биофабрик», и много еще разных планов, о которых мы сейчас и не знаем.

Так будут ли на Марсе яблони цвести?

Конечно, будут. Но я боюсь, что первыми садовниками на Марсе окажутся китайцы.

Большое спасибо!

Беседовала Екатерина Головина

арабидопсис биологические эксперименты в космосе владимир джанибеков галина нечитайо георгий гречко геотропизм установка фитон

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий