Микроорганизмы в космосе
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Нередко можно услышать: мне понятно, почему ученые направляли в космос высокоорганизованных живых существ — собак. Это необходимо для обеспечения полной безопасности космического полета человека. Но зачем нужно было отправлять на кораблях-спутниках микроорганизмы и даже субмикроскопические существа — бактериофаги? Вот на этот вопрос я и хочу кратко ответить в этой статье.
Использование одноклеточных организмов в космических экспериментах вызывалось целым рядом причин, и прежде всего, конечно, тем, что в межпланетном пространстве могли обнаруживаться излучения, способные вызывать серьезные клеточные повреждения у животных. Не исключено, что у собак и кроликов, побывавших в космосе, отклонения могли и не выявиться, так как целостный организм способен компенсировать скрытые клеточные повреждения. Вместе с тем возникает и другая, не менее важная в практическом и теоретическом отношении проблема — влияние космического излучения на наследственность.
Теперь легко объяснить, почему было решено использовать микроорганизмы. Они обладают большим диапазоном чувствительности к ионизирующей радиации, начиная от одного до нескольких тысяч рентген. Это позволяет изучить биологическое действие самых различных доз космического излучения, с которыми мог бы встретиться космонавт во время полетов по заданной орбите. В опытах на кораблях-спутниках в качестве биологических объектов, реагирующих только на очень большие дозы ионизирующей радиации, были использованы различные виды микробов: Кишечная палочка, стафилококк, палочка маслянокислого брожения и другие.
Наследственные свойства бактерий, в частности кишечной палочки К-12, были детально изучены еще в лабораторных условиях с помощью тончайших методов микробиологии. Они позволяют выявить бактериальные клетки с патологически измененной наследственностью под влиянием больших доз ионизирующей радиации (порядка нескольких тысяч рентген и больше). Если даже в зонах орбит движения космических кораблей не будет такого мощного радиационного воздействия, биологи все равно должны учитывать возможности влияния энергии и проникающей способности отдельных компонентов космической радиации — протонов, альфа-частиц, а также ядер более тяжелых элементов, которые могут убить клетку или вызвать серьезные клеточные повреждения.
Явления мутации у бактерий (то есть патологического изменения наследственности) связаны с потерей способности клетки самостоятельно синтезировать аминокислоты или витамины, необходимые для роста и размножения микроорганизма. В случае обнаружения большого числа таких бактериальных клеток легко было бы определить (и предупредить) опасность, подстерегающую космонавта в полете.
Для изучения возможных изменений в структуре бактериальной клетки под влиянием факторов космического пространства были использованы новейшие методы, в частности техника ультратонких срезов бактерий и их электроноскопическое исследование. На спутниках находились и высокочувствительные бактерии — так называемые лизогенные, способные реагировать на малые дозы ионизирующей радиации (до 1 рентгена) путем образования и выделения бактериофагов. Под влиянием даже небольших доз рентгеновского или ультрафиолетового облучения лизогенные бактерии приобретают способность к повышенной продукции бактериофагов. С помощью специальных методов можно затем точно определить число пораженных бактерий, образующих эти фаги.
Так устанавливается наследственная реакция (повышенная лизогенность) бактерий в ответ на действие внешних факторов. Вот почему эта модель была использована в качестве биологического индикатора, по которому можно судить о вредности и генетических последствиях радиации в малых дозах во время пребывания живого существа в различных зонах космического пространства.
Как долго могут существовать клетки при космических полетах? Для ответа на этот вопрос были разработаны и сконструированы специальные малогабаритные автоматические приборы — биоэлементы. Они были установлены на космических кораблях и автоматически регистрировали основные функции жизнедеятельности бактерий и при необходимости передавали на Землю радиосигналы о состоянии этих мельчайших живых существ. В автоматических биоэлементах микробы могут находиться в космосе в течение практически любых сроков полета ракет — месяцы, годы, десятки и более лет. По истечении заданного срока можно включить приборы, и тотчас же будут переданы на Землю сведения, которые могут точно характеризовать биологическую активность микроорганизмов. Живые существа микроскопических размеров не требуют большого запаса питания и поэтому являются очень удобной моделью для космической биологии.
Большой интерес представляет сопоставление микробиологических данных с опытами на кораблях-спутниках по использованию культуры человеческих раковых клеток. По чувствительности эти клетки занимают промежуточное положение между лизогенными и нелизогенными клетками кишечной палочки. Таким образом, перед нами гамма биологических индикаторов на различные уровни ионизирующего излучения. Культура раковых клеток привлекла внимание исследователей благодаря своей способности хорошо расти на синтетических питательных средах в виде отдельных колоний, что облегчает наблюдения за развитием клеток, характером клеточного повреждения. Наконец, этот метод позволяет точно учитывать количество сохранившихся поврежденных и отмерших клеток в культуре тканей, подвергшейся воздействию ускорения, вибрации, невесомости.
Так микробы, субмикроскопические организмы — бактериофаги и изолированные клетки человеческого тела помогали решать важную задачу биологического исследования трассы первого в мире космического полета человека. Вполне естественно, что применение методов космической биологии будет и в дальнейшем способствовать разработке эффективных мер защиты, обеспечивающих безопасность более длительных полетов космонавтов.
Автор: Н. И. Рыбаков.