Полярная орбита безопасна для микроорганизмов ― предварительные результаты миссии «Бион-М» № 2

Эксперименты с микроорганизмами, которые проводили ученые Института медико-биологических проблем РАН во время миссии «Бион-М» № 2, потенциально открывают путь к созданию новых устройств для космонавтики ― биоутилизаторов отходов и систем биоэнергетики. В то же время ученые, анализируя результаты, ищут подтверждение теории панспермии ― это предположение о том, что жизнь не зародилась на Земле, а была занесена извне космическими объектами.

Биологический спутник «Бион-М» № 2, запущенный в прошлом году, впервые доставил живых существ на полярную орбиту Земли с наклонением 96,6° и высотой 380 км. В течение 30 суток, с 20 августа по 19 сентября, в космосе находились мыши, мухи-дрозофилы, муравьи, мхи, растения, клеточные культуры и микроорганизмы. За их состоянием следили на протяжении всего полета, а в научную программу включили более 30 экспериментов. На эту же орбиту ранее планировалось запустить Российскую орбитальную станцию, и потому так важно было выяснить, с чем могут столкнуться космонавты. Анализируя результаты исследований живых существ, можно спрогнозировать, как условия непривычной для человека орбиты повлияют на организм.  

Окончательные научные результаты миссии представят во время XX конференции по космической биологии и авиакосмической медицине с международным участием в конце октября 2026 г. Предварительные данные оптимистичны: радиационные условия на полярной орбите сравнимы с условиями на орбите МКС, а значит, будущая космическая станция, отправленная на полярную орбиту, может быть обитаема или посещаема. «Мы будем подводить итоги, когда весь огромный консорциум российских институтов, участвующих в проекте, получит данные о том, насколько безопасна для экипажа эта среда. Но уже предварительно можно оценивать безопасность этой траектории, во всяком случае в том, что касается микроорганизмов. Эти исследования проходили в двух направлениях: экзобиологии и биотехнологий. Микроорганизмы, участвующие в биотехнологических процессах, показали выживаемость, и теперь мы тщательно исследуем результаты», ― рассказал корреспонденту портала «Научная Россия» заведующий лабораторией микробной экологии человека ИМБП РАН, заслуженный деятель науки РФ член-корреспондент РАН Вячеслав Константинович Ильин. Ученый поделился предварительными результатами микробиологических исследований.

Пробиотики, биоутилизация и биоэнергетика

Одно из исследований было посвящено микроорганизмам, способным участвовать в формировании пробиотических средств в космических условиях, например на лунных базах. Месяц на орбите показал, что они способны выживать в экстремальных условиях и остаются непатогенными. Отдельные культуры и ассоциации пробиотических микроорганизмов не просто выжили, но в некоторых случаях и показали бо́льшую активность, чем контрольная группа, находившаяся на Земле. В следующих исследованиях, уже с участием человека, ученые проверят, насколько они эффективны в качестве компонентов пробиотических средств.

В других экспериментах ученые оценивали, можно ли использовать микроорганизмы в технологических процессах при создании новых устройств, в основе работы которых лежит жизнедеятельность бактерий. В частности, это системы биоэнергетики и биоутилизации. Данные, полученные в области биоэлектричества, В.К. Ильин называет интересными и перспективными с точки зрения разработки новых установок, которые можно использовать при создании станций на Луне. Но подробности пока не разглашаются ― результаты необходимо проверить в следующих экспериментах.

Более подробные данные уже получены в области утилизации отходов микроорганизмами. Потенциально такие исследования помогут решить проблему мусора в космосе, включая предметы личной гигиены и белье, которое космонавты меняют раз в четыре дня. Сегодня отходы с МКС складывают в грузовые корабли, которые после расстыковки со станцией сгорают в атмосфере. В длительных космических полетах или при создании обитаемой базы на Луне такой возможности не будет: надо научиться избавляться от мусора непосредственно на борту.

В эксперименте «Биокультиватор-2» ученые отправили в космос определенные бактерии и образцы, имитирующие фрагменты отработанных средств личной гигиены, чтобы выяснить, насколько микроорганизмы способны их перерабатывать в невесомости. Результаты оказались положительными и показали возможность деградации отходов. Более того, такая переработка оказалась возможной без дополнительного увеличения температуры.

«Мы показали возможность деградации условно отработанных средств личной гигиены под влиянием мезофильных условий, то есть при температуре среды, и в термофильных условиях ― при повышенной температуре. То, что бактерии способны разлагать материалы в мезофильных условиях при температуре 30 ^oС, оказалось интересным результатом, который позволяет дальше развивать технологию биоутилизации, не требующую дополнительного нагрева. Это особенно важно в космических условиях: нет необходимости дополнительно тратить энергию», ― прокомментировал В.К. Ильин.

Жизнь извне?

В экзобиологических исследованиях, которые ИМБП РАН проводит совместно с Институтом микробиологии им. С.Н. Виноградского (ИНМИ РАН), ученые выясняют, могут ли микроорганизмы существовать во внеземной среде, в частности на поверхности или в составе метеоритов и астероидов. Они также исследуют, могли ли эти микроорганизмы стать причиной возникновения жизни за Земле. Подтверждение теории панспермии возможно, если какие-то монокультуры или консорциумы переживут экстремальные температуры и перепады давления во время прохождения плотных слоев атмосферы. Это продолжение экспериментов серии «Метеорит», проводившихся во время миссий «Бион-М» № 1 и «Фотон-М» № 4 в 2013 и 2014 гг. Микроорганизмы помещали на внешней поверхности космического аппарата в контейнерах, выточенных из базальта с просверленными отверстиями: так имитировалась поверхность метеорита, падающего на Землю. В одном из экспериментов выжила спорообразующая культура Bacillus, которая была изолирована во время эксперимента «Тест» на МКС, ― тогда космонавты собирали образцы с внешних стенок станции во время выходов в открытый космос. В другой миссии выжили и смогли расти после спуска в атмосфере культуры Thermoanaerobacter siderophilus из состава активного ила, который формируется вокруг железосодержащих термальных источников на Камчатке. Суммарно в двух полетах выжили только 1% от всех размещенных микроорганизмов.

«Микроорганизмы, отобранные в миссию “Бион-М” № 2, создавались из коллекций, которые уже показали устойчивость к гипертермическим условиям. Нынешние результаты показывают, что культуры из коллекции ИМБП РАН скорее всего не вынесли гипертермальных условий при возвращении: в лаборатории они не показывают признаков роста. Однако остаются микроорганизмы из коллекции ИНМИ РАН ― эти исследования еще продолжаются.

Теоретическая возможность занесения микроорганизмов на Землю извне была дважды подтверждена в прошлых миссиях. Надеемся, что результаты нынешнего эксперимента покажут схожие результаты. Но даже если в этот раз микроорганизмы, размещенные в открытых условиях, не покажут выживаемости, экзобиологические исследования будут продолжены. Мы должны понять природу микроорганизмов, которые могут существовать во внеземных условиях в составе астероидов и определить консорциум, способный пройти через плотные атмосферы», ― отметил В.К. Ильин.

«Бион-М» № 3

Итоговые научные результаты проекта «Бион-М» № 2 представят на конференции в октябре 2026 г. Они в том числе лягут в основу следующей миссии биологического спутника: сейчас идет подготовка программы «Бион-М» № 3. Очередной этап предварительно запланирован на 2030 г.

Ранее директор ИМБП РАН академик Олег Игоревич Орлов рассказывал, что новый спутник также отправят на полярную орбиту, но высоту увеличат до 800 км. Это позволит изучить влияние экстремальных радиационных условий, в том числе совместное действие постоянного комического излучения и протонных событий. Эти данные помогут определить следующие направления исследований в интересах обеспечения межпланетных полетов. Более отдаленный этап ― разработка программы и запуск биологического спутника «Возврат-МКА» для имитации межпланетного полета.

Статья подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ