Как рыба в космосе? Влияние невесомости на человека еще до конца не изучено.

В.Сычев: — Интерес к нашим работам объясняется особенностью института как одного из основателей космической биологии. Биологические исследования в космических полетах начались еще в конце 1950-х годов, во время полетов второго и третьего искусственных спутников Земли. Тогда ученых волновало, как разнообразная живность сможет переносить космические путешествия. Была разработана программа “БИОН” — и одним из ее авторов стал ИМБП. В рамках программы с начала 1970-х годов на орбиту Земли запустили 10 спутников с животными, в том числе крысами и обезьянами. Исследования должны были помочь человеку долго работать в невесомости без ущерба для здоровья. Ведь после самого длительного на то время 18-суточного полета космонавты А.Николаев и В.Севастьянов (1970 год) вернулись на Землю в тяжелом состоянии и практически не держались на ногах. Результаты, полученные при проведении экспериментов на человеке и животных, позволили разработать систему мер по профилактике негативного действия невесомости на организм космонавтов. И сегодня они летают по полгода-год — и возвращаются из полета на своих двоих. 

Но чем больше мы узнаем, тем больше возникает вопросов. Теперь нас интересуют не только процессы физиологические, но и молекулярно-генетические. Мы пытаемся “копнуть глубже” — понять природу изменений, происходящих в организме космонавта в результате отсутствия гравитации. Некоторые “белые пятна” удалось устранить благодаря полету нового биологического спутника “БИОН-М” №1 в 2013 году. Однако на множество вопросов ответов нет до сих пор. Известно, скажем, что во время пребывания в космосе атрофируются мышцы, уменьшается костная ткань космонавтов, но почему? На молекулярно-генетическом уровне мы не представляем, что запускает этот разрушительный процесс, поэтому не в состоянии его остановить. Можем только затормозить с помощью мер профилактики, но не знаем, как освоить процесс восстановления тканей, например, с помощью стволовых клеток. ИМБП проводит глубокие фундаментальные исследования и сталкивается с неожиданностями.

Плавающие в воде рыбы фактически находятся в состоянии, чем-то похожем на невесомость, и, казалось бы, или вовсе не должны ее замечать, или должны легко ее переносить. Между тем, как показывают эксперименты, мышцы и кости атрофируются и у них. Значит, некий орган реагирует на отсутствие гравитации, “переключает” неизвестный нам рычажок — и моментально следует ответ. Мы продолжаем наблюдать за изменениями экспрессии мышечных белков в разных тканях у животных в условиях невесомости, но вся картина пока не складывается — нужны длительные исследования. 

Порой они преподносят нам и приятные сюрпризы. Если в условиях невесомости мы обеспечиваем растения всем необходимым для их роста и развития, то отсутствие гравитации на них никак не сказывается, причем в течение долгого времени (на протяжении нескольких поколений). Значит, в длительном полете космонавты смогут выращивать “зелень” в собственной оранжерее. Но вот что вызывает недоумение: растения, как и животные, эволюционировали в условиях гравитации, поэтому отсутствие у них негативной реакции на невесомость — факт удивительный, не имеющий пока объяснения.

Космические эксперименты — процедура сложная, дорогостоящая. Одна подготовка оборудования занимает около пяти лет, поэтому необходимо добиваться максимальной отдачи опытов. Достичь ее помогает широкая международная кооперация. Многие исследования мы ведем совместно с зарубежными партнерами, в частности с американскими коллегами. Каждая сторона использует свои методы исследований — в итоге это дает максимальный результат. 

Так, специалисты ИМБП и Университета штата Флорида, изучая грызунов, обнаружили, что на отсутствие гравитации одни и те же ткани и органы реагируют по-разному. Так, церебральная артерия у мышей полностью теряет способность к сокращению и начинает снабжать головной мозг избыточным количеством крови, что весьма опасно. При этом другие артерии сохраняют способность к сокращению. Необходимо понять природу этого явления, чтобы защитить космонавтов от избыточного давления крови в голове. Или такой факт: после 30-суточного полета способность к обучению у животных снизилась на 30 процентов — так их головной мозг среагировал на невесомость. Для мышей 30 суток полета все равно что два года для человека. А если сразу после прилета на Марс реакция космонавтов замедлится — не будет столь же быстрой и действенной как на Земле? Одна надежда на опыты с животными: их результаты позволят понять природу выявленных изменений и разработать методы профилактики применительно к длительному пребыванию человека в космосе. К 2021 году мы готовим программу полета следующего биоспутника: хотим выяснить, как влияет радиация на животных (полет пройдет на высоте 1000 километров).

М.Белаковский: — Едва ли не с первых лет своего существования ИМБП участвует в проектах вместе с американскими коллегами. Более 40 лет назад была создана российско-американская рабочая группа по наукам о жизни, и все эти годы наши отношения остаются доверительными, открытыми. Ученые занимаются своим делом — наукой, и постижение безграничного космоса их только сближает. Отличные связи налажены у нас с Германией (совместная группа действует более 10 лет), Францией, Японией, Республикой Корея, другими странами. В научном мире есть четкое понимание: в одиночку крупные, дорогостоящие проекты по изучению космоса вряд ли осуществимы. Скажем, для подготовки к полетам в дальний космос необходимо провести ряд наземных экспериментов, имитирующих длительное пребывание в условиях межпланетного полета. Такой опыт у ИМБП есть — я имею в виду уникальный проект “Марс-500”, вызвавший большой интерес в мире. Или, скажем, такая проблема: процессы реабилитации космонавтов в земных условиях уже отработаны, но их нужно создать и для полетов на планеты и астероиды, где космонавтов никто не встретит и не позаботится об их здоровье. Придется рассчитывать исключительно на свой опыт да на методики, созданные на Земле, чтобы после нескольких месяцев полета сразу же приступить к своим обязанностям. 

М.Белаковский: — Опыт, приобретенный нашими сотрудниками во время эксперимента “Марс-500”, пригодится нам и сегодня. ИМБП и отдел “Исследования человека” НАСА подписали протокол о проведении с 2017 по 2021 год серии экспериментов по подбору экипажа для полетов к планетам. Добровольцы, мужчины и женщины, проведут 4, 8 и 12 месяцев в изолированном комплексе. И сейчас специалисты института отрабатывают методики и подбирают аппаратуру для проведения исследований. Заявки на участие в проекте уже подали национальные космические агентства ведущих европейских стран и Японии. Причем японские коллеги предлагают провести подобные эксперименты у себя и приглашают принять участие в них наших добровольцев. Возможно, ими станут несколько участников проектов “Марс-500” и “Луна-2015”. 

В.Сычев: — Я уже говорил, что ИМБП готовит большую программу для полета биоспутника “БИОН-М” №2. В числе крупных проектов — “ЭкзоМарс” и десятки экспериментов на МКС. Будем, например, наблюдать развитие эмбрионов перепелов в невесомости и в условиях искусственной гравитации. Дело важное: от этого зависит, сможет ли рассчитывать экипаж, отправившийся в многомесячный полет, на свежие продукты, произведенные непосредственно на борту корабля. И если с растениями все уже ясно, то в отношении животных такой уверенности пока нет. 

Институт входит в состав Экспертной рабочей группы Совета РАН по космосу по проблеме планетарной защиты. Все участники программы межпланетных полетов отвечают за биологическую безопасность Земли и планет Солнечной системы. В результате экспериментов, проведенных на внешней стороне орбитальных станций, к своему удивлению, мы обнаружили, что открытый космос не так уж и страшен для так называемых покоящихся форм биологической материи. Споры бактерий, как оказалось, выдерживают огромные температуры, возникающие при входе в атмосферу спускаемого космического аппарата или когда находятся внутри материала, имитирующего частички метеоритов. А раз так, то надо очень внимательно отнестись к организации межпланетных миссий, учитывая, что перенос через космическое пространство покоящихся форм микроорганизмов вполне возможен. И если мы отправим на Марс космический аппарат, то не исключено, что на нем могут оказаться чрезвычайно живучие споры бактерий и грибов. Станем искать там следы жизни и действительно их найдем… в виде наших же земных микроорганизмов. Поэтому необходимо отработать очень жесткую программу планетарного карантина, не допускающую попадания земной микрофлоры на другие планеты. 

У этой проблемы есть и обратная сторона. Когда мы будем возвращать аппараты и корабли с других планет, то вместе с ними могут вернуться те же земные объекты. Что если, пережив небывалое испытание, они станут опасны для земной природы? Так новые знания расширяют наши представления о возникновении жизни на Земле. Не зародилась ли она благодаря попаданию на планету обломков метеоритов или комет, принесших необыкновенно стойкие микроорганизмы?