Космические горизонты анабиоза

С тех пор как стало ясно, что наша Земля — лишь небольшая частица огромного мироздания, человек лелеял мечту, что и на других небесных телах живут мыслящие существа, с которыми можно установить контакт. И вот уже решена первая задача на этом пути — человек создал аппарат, который помог ему вырваться из цепких объятий земного тяготения. Мы подошли к следующему этапу проникновения в космос. По-видимому, это будут сначала длительные полеты вокруг Земли, затем обследование планет солнечной системы.

На первом этапе освоения космоса самыми трудными были задачи технические: создание двигателей, позволяющих вывести очень большие грузы на орбиту, разработка прочного корпуса корабля, аппаратуры, поддерживающей нормальные условия в кабине, и так далее.

Следующий этап освоения космического пространства полеты к другим планетам — потребует решения не только технических вопросов. Он поставит целый ряд сложнейших биологических проблем.

Для полета космического корабля к Луне — он займет не очень много времени, скажем, несколько дней или недель — нужны небольшие запасы кислорода, пищи и воды. Но при путешествии, например, на Марс и Венеру, не говоря уже о других планетах, запастись всем необходимым с Земли просто невозможно. Элементарные расчеты показывают, что вес запасов на десять—пятнадцать суток достигает веса членов экипажа, а запасы на год превысят вес экипажа примерно в шестьдесят раз. При полетах же к планетам солнечной системы вес запасов выразится буквально астрономическими цифрам.

Следовательно, обеспечить жизнь людей при будущих длительных полетах существующими методами нереально. Необходимо пересмотреть эти вопросы с совершенно других позиций, иначе дальнейшее освоение космоса окажется невозможным.

По мысли К. Э. Циолковского, в кабине космического корабля надо воспроизвести естественные взаимоотношения человека с природой, существующие на Земле. Миниатюрная модель, в которую входят все материальные и энергетические связи человека, должна представлять собой замкнутую систему, работающую за счет энергии солнечного излучения.

Таким образом, в кабине космического корабля должна быть создана замкнутая экологическая система круговорота веществ, сходная с круговоротом веществ на нашей планете. Образно говоря, необходимо «сотворить мир» в небольшом пространстве, где строго дозированы растительные и животные организмы. Это, во-первых, круговорот воды, а во-вторых, круговорот в растительном и животном мире, который дает необходимое количество питательных веществ и кислорода.

Простые на первый взгляд вопросы, связанные с созданием замкнутого комплекса, становятся чрезвычайно сложными, если посмотреть на них пристальнее. Возьмем хотя бы одну сторону проблемы — надежность.

Если механическим элементам замкнутого цикла можно придать большую прочность, или взять с собой необходимое количество запасных частей, или, наконец, изготовить какие-то части и на самом корабле, то как быть, если нарушится какой-либо участок в звене биологической цепи? Это нарушит весь замкнутый цикл. И даже временное нарушение какого-либо цикла (что вообще трудно исключить при длительном полете) несет опасность заболеваний или даже гибели животных и растений. Наконец, самая серьезная опасность кроется в самих биологических процессах: биологические свойства, особенно растительных организмов, могут резко измениться в результате длительной невесомости, вибрации, космического излучения и целого ряда других известных и неизвестных еще нам причин. Насколько велика эта опасность, можно судить хотя бы по тому, что даже в лабораторных условиях при незначительном нарушении технологии выращивания у хлореллы могут измениться свойства и возникнуть новые, например, резко сократится производство кислорода или же полученная биомасса станет малопригодной для питания.

Как же оградить будущих путешественников от этой опасности? Ведь нельзя же взять, как запасные части, растения и животных, входящих в замкнутый экологический цикл круговорота веществ? А почему бы и нет?

В природе известны явления, когда жизненные процессы ослабевают настолько, что животное или растение внешне кажется безжизненным, но при определенных условиях как бы «воскресает». Такое состояние получило название анабиоза (анабиоз — более или менее полное угнетение жизненных процессов, производящее впечатление смерти). Животные или растения, находящиеся в состоянии анабиоза, или спячки, потребляют очень мало кислорода, их не нужно кормить. Важным достоинством животных организмов, находящихся в подобном состоянии, является их повышенная устойчивость к воздействию самых неблагоприятных факторов окружающей среды. Например, инфекционные болезни у них не развиваются, многие яды, смертельные для организма в обычных условиях, здесь оказываются бессильными. Даже физические воздействия — явно смертельные — переносятся животными сравнительно легко, если у них понижен обмен веществ.

Полученные данные показали, что выживаемость охлажденных животных при больших перегрузках резко повышается. Причем оказалось, что устойчивость животных к перегрузкам (ускорениям) зависит от интенсивности обмена веществ. Например, при охлаждении тел крыс до температуры 28-22° они могут вдвое легче выдерживать огромные ускорения — в тридцать раз превышающие земное. А если животные находятся в состоянии сверхглубокой гипотермии с температурой тела 5-8°, их жизнедеятельность восстанавливается даже после пятиминутного воздействия ускорений в 70—80g. В этом случае кровь становится в 5—6 раз тяжелее ртути. Если бы, скажем, эти ускорения (перегрузки) были получены не на центрифуге, а в условиях космического полета, то уже через 5 минут корабль сумел бы развить вторую космическую скорость и стать спутником Солнца. Разве это не реальное приближение к ранее фантастической идее «из пушки на Луну»?

Или другой пример. Удается вернуть к жизни крыс, которые в состоянии глубокой гипотермии двадцать минут находились в условиях высокого разрежения, соответствующего высоте 18—20 км, где все живое гибнет в течение первых же секунд. Следует отметить, что сохранение жизни при столь значительных перегрузках и разрежениях не предел, поэтому необходимо дальнейшее изучение этой проблемы.

А нельзя ли человека погрузить в состояние, близкое к анабиозу, или спячке? Являются ли все эти соображения плодом фантазии или в них есть частица реальной действительности? Прежде чем ставить этот вопрос в научном плане, необходимо кратко остановиться на самой принципиальной возможности охлаждения растительных и животных организмов, способности их тканей переносить низкие температуры и восстанавливать жизнедеятельность. Это интересовало ученых уже давно.

Оказалось, что семена некоторых злаковых растений, пробыв какое-то время в сильно разреженном пространстве при температуре, близкой к абсолютному нулю, после этого прорастали и сохраняли свои биологические свойства.

С начала прошлого века и до настоящего времени большой интерес у ученых вызывает способность бактерий переносить очень низкие температуры. Так, светящиеся бактерии, охлажденные до температуры жидкого водорода (—253°) и даже жидкого гелия (—269°), после оттаивания восстанавливали свою жизнедеятельность и вновь начинали светиться. Сейчас уже научно доказано, что жизнь светящихся бактерий сохраняется и в более жестких условиях, приближающихся к условиям космического пространства. Более того, оказалось, что почти в полном вакууме при температурах, близких к абсолютному нулю, некоторые наши земные микроорганизмы сохраняются даже лучше, чем в идеальных условиях земных лабораторий. В основном эти данные и породили новую науку — экзобиологию, которая предполагает, что простейшие формы жизни попали когда-то на Землю из бесконечных просторов космического пространства.

Обычный лед наших прудов содержит огромное количество различных животных организмов. В состав его фауны входят представители многих групп пресноводного зоопланктона — около 100 видов: простейшие моллюски, насекомые, паукообразные и т. д. При таянии большая часть этих животных оживает уже через несколько минут. И такой зимний анабиоз биологически оправдан.

В чем же трудность введения высших теплокровных животных и человека в состояние зимней спячки? Главная сложность состоит в том, что при охлаждении теплокровного организма «включаются» сложные механизмы веками сложившейся терморегуляции. Возникает сильная дрожь — главный источник теплопродукции в организме. Затем приходит истощение энергетических ресурсов и наступает замерзание. При этом происходит истощение и травматизация организма. Только в последние десятилетия в связи с развитием фармакологии появились вещества, позволяющие резко снижать жизнедеятельность организма и прекращать дрожь.

Работами французских ученых Лабори и Гюгенара был сделан большой вклад в решение этого вопроса. Они впервые с помощью фармакологических веществ вызвали у человека состояние, аналогичное зимней спячке. В таком состоянии теплокровный организм становится малочувствительным к воздействию вредных и даже разрушающих агентов внешней среды. Этим воспользовались хирурги и в настоящее время, используя гипотермию, проводят сложнейшие операции почти во всех клиниках мира.

Но продолжительность даже самой сложной операции исчисляется часами. А можно ли погрузить человека в такое состояние на несколько суток или недель? В этом плане интересны опыты американских ученых, проводившиеся над больными раком, у которых опухоли не поддаются лечению радиоактивными веществами.

Постановка опыта была крайне простой. Пациенту давались наркоз. Когда он засыпал, его со всех сторон обкладывали резиновыми мешками со льдом — температура тела понижалась до 32,2—29,4°. Человек впадал в состояние окоченения, или «зимней спячки», все процессы обмена веществ значительно снижались. В таком состоянии больной выдерживался пять суток, затем его отогревали, растирали, давали горячий кофе. Пробудившись, он ничего не помнил о том, что с ним происходило, и не испытывал никаких неприятных ощущений.

Через несколько дней опыт повторялся. И так несколько раз. В общей сложности пациент выдерживался в состоянии анабиоза до 40 дней. В результате столь продолжительного охлаждения боли, вызываемые опухолью, уменьшались или совсем исчезали. Становилась меньше и сама опухоль. В двух случаях как указывают авторы, опухоль вовсе исчезла. Однако будет или не будет использован метод глубокого охлаждения в терапевтических целях, покажут дальнейшие исследования. С биологической точки зрения здесь интереснее всего сама возможность погружать человека на 40 суток в нестоящую спячку без вреда для него, возможность понижать температуру его тела до 29—27,7°.

Дальнейшее изучение этого состояния у человека, да и вообще у теплокровных позвоночных представляет огромный интерес. Ведь в будущем состояние анабиоза может оказаться единственным средством спасения жизни экипажа в каких-либо аварийных ситуациях, возможность которых в длительных полетах нельзя не учитывать.

Автор: Н. Тимофеев.