Скафандр для орхидеи

…Всякий раз, просыпаясь на борту космического корабля, французский космонавт Жан-Луи Кретьен видел не холодные и равнодушные стены орбитальной станции, сплошь усеянные приборами, а… прекрасную орхидею. Это казалось настоящим чудом, учитывая сотни километров, отделяющих его от родной планеты, и Жан-Луи просто умирал от счастья. Орхидея росла в запаянной колбе с землей, ее в течение всех шести месяцев полета не нужно было поливать, менять почву или месторасположение. Так что все пребывающие на борту могли не только мечтать о «траве у дома», но и в любой удобный момент любоваться прекрасным растением.

Разумеется, орхидея росла не просто так, а с вполне научной целью. Украинские ученые, отправившие ее на орбиту, в тот момент разрабатывали технологии выращивания растений в закрытом грунте и герметичном объеме, подбирая виды для создания фитодизайна в кабинах космических аппаратов. Пытались найти ответы и на другие вопросы. К примеру, как влияет отсутствие сил гравитации на жизнедеятельность растения, как они приспосабливаются к условиям невесомости?

Собственно, фундаментальные работы в этой области начались еще задолго до полета Кретьена, в конце 70-х годов прошлого века. Среди пионеров этой области были и украинские ученые, причем, как это ни покажется удивительным, они продолжают сохранять лидирующие позиции и сегодня. Более того, анализ состояния научных разработок мировой космической биологии говорит о том, что Украина стала одним из основных мировых центров проведения комплексных исследований биологии растений в условиях космического полета на современном уровне. Результаты фундаментальных исследований наших ученых позволили им сделать приоритетное открытие и обосновать положение о гравичувствительности растительных клеток и механизмах адаптационных процессов. Проще говоря, объяснить, как чувствует себя растение в космосе, что в это время с ним происходит и, главное, почему.

— Уже давно было известно, что все растения имеют особые клетки, с помощью которых они чувствуют гравитацию, — рассказывает старший научный сотрудник Института ботаники им. Н.Холодного Галина ШЕВЧЕНКО. — Наш отдел открыл тот факт, что чувствовать гравитацию способны не только специфические, но и абсолютно все клетки растения. Каждая клетка реагирует на невесомость перестройками структуры и метаболизма, которые позволяют ей приспособиться к непривычным условиям.

— Что это за изменения?

— Микрогравитация действует как фактор стресса и ускоряет окислительные процессы, а это приводит к преждевременному старению и смерти организма. (Как тут не вспомнить слова из популярной в прошлом песни: «Время стрессов и страстей мчится все быстрей!» — теперь понятно, что во время стресса все действительно движется скорее! — Т.Г.) Ведь космос — это неестественная среда для растения, поэтому, попадая туда, любой представитель флоры испытывает сильный стресс, который и ускоряет все обменные процессы.

Причем изменения касаются не только целой клетки, но и отдельных ее частей. Скажем, количество митохондрий — органелл, поставляющих в клетку энергию, увеличивается. Довольно быстро они изменяют свою форму, что говорит об увеличении функциональной нагрузки — хотя, казалось бы, все должно быть наоборот, и отсутствие гравитации должно было облегчать существование живого организма. Или же возьмем скелет клетки, ее каркас: при изменении силы тяжести упорядоченное расположение его микротрубочек меняется, происходит дискоординация.

— Как это выглядит внешне? Если сравнивать по аналогии с человеком, то на месте рук вырастают ноги, а вместо ног — уши?

— С такими изменениями клетка просто не выжила бы. В каждой клетке животного или растения едва происходят какие-либо серьезные перестройки, мгновенно подается сигнал — «что-то не так», и тут же срабатывает множественный механизм, который это «что-то» элиминирует, выводит из организма. В нашем случае «руки» и «ноги» вырастают на положенных им местах, просто оказываются как бы повернутыми в другую сторону. Кроме того, существуют и другие механизмы, предусматривающие, что функции измененного и неспособного правильно работать органа, берет на себя другой, сумевший сохранить свою структуру. Взять, к примеру, хаотично перестроившийся скелет клетки — его функции способен выполнять другой, менее толстый цитоскелет, не претерпевший серьезных изменений.

— Эти изменения передаются по наследству?

— Нет, попадая в естественную земную среду, «дети» и «внуки» растений-космонавтов растут нормально. Изменения, которые происходят с растениями в космосе, не затрагивают геном, и потому не отражаются на фенотипе (внешнем виде) и не передаются по наследству.

…Лучше всего для космических экспериментов подходит обычный рапс. Во время исследований он испытывал на себе действие невесомости как в настоящем космосе, так и в искусственно созданных лабораторных условиях. В 1997 году полный цикл выращивания рапса в космосе проводил Леонид Каденюк. Он сажал семена в подготовленный грунт, выращивал, опылял специально прикрепленной к палочке мертвой пчелкой (даже в таком виде к ее лапкам с особыми ворсинками прекрасно цепляется пыльца), следил за дальнейшим развитием оплодотворенного растения.

Изучать действие микрогравитации на растения давно научились и в лабораторных условиях. Для этого, как оказалось, вовсе не требуется помещать цветки в вакуумные камеры — достаточно просто «сбить их с толку». Растения фиксируют в специальных приборах — клиностатах — таким образом, что они оказываются не в вертикальном, а в горизонтальном положении. После этого их, как настоящих космонавтов, начинают медленно вращать вокруг своей оси. В итоге растение полностью дезориентируется по отношению к направляющему действию силы тяжести. При этом эффект, судя по результатам исследований, оказывается идентичным тому, что происходит в космосе в условиях невесомости.

— К сожалению, во всем мире сегодня сокращают финансирование в области космической биологии, — продолжает Галина Шевченко. — Между тем исследования этого направления могут помочь в изучении проблем регуляции в организме, дать ответы даже на такие базовые вопросы, как происхождение жизни на Земле. Во всем живом скрыты такие механизмы, которые маскируют действие гравитации. Например, мох. На земле он тянется вверх — по направлению к свету. В космическом же корабле он растет параллельно поверхности, закручиваясь при этом в спираль. Это немного напоминает закручивание улиток, ракушек. Веро­ят­но, у живых существ имеются некоторые механизмы, которые проявляются в отсутствие силы земного притяжения. Что же касается улиток, то, скорее всего, их форма связана с возникновением жизни на Земле. Загадка таких спиралей до сих пор не разгадана. Что же такое происходило на нашей планете, что они все закрутились— кто вправо, кто влево? Можно сделать предположение, что они формировались в условиях отсутствия гравитации.

— Если во всем мире финансирование космической биологии сокращают только сейчас, то в нашей стране необходимые деньги на науку перестали выделять уже давно. Что позволяет вашей группе быть если не впереди планеты всей, то, по крайней мере, оставаться на уровне? Здесь не требуется столь дорогостоящее оборудование, как, например, для исследований в области молекулярной биологии?

— Наша область еще не столь развита, и того, что у нас сейчас имеется, вполне достаточно для проведения исследований на современном научном уровне. В Украине создана целая школа, нас знают, приглашают с докладами на международные конференции. У нашего руководителя Елизаветы Львовны Кордюм, курирующей государственную программу «Космическая биология», очень много публикаций в зарубежных журналах, причем эти статьи журналы специально ей заказывали — что говорит о большом интересе к теме и нашим работам в частности.

P.S. В этом году работа коллектива авторов «Гравичувствительность растений и разработка технологий их выращивания в условиях невесомости» была представлена на Государственную премию Украины в области науки и техники.

Справка «ЗН»

За более чем 30 лет изучения темы коллектив авторов (а это не только сотрудники Института ботаники, но и Национального ботанического сада им. Гришко, Института экологии Карпат) подготовил и провел более 50 космических биологических экспериментов на биоспутниках «Космос» и «Бион», на борту космических кораблей «Союз» и орбитальных станциях «Салют» и «Мир». Совместно с Европейским космическим агентством и Россией проводили эксперимент «Протопласт», с Россией и США — «Протонема». В 1997 году был проведен совместный украинско-американский эксперимент на борту космического корабля «Колумбия» (87-я миссия) с участием первого космонавта независимой Украины Леонида Каденюка. С 1993 года исследования в области космической биологии ведутся в рамках Национальной космической программы и финансируются Национальным космическим агентством Украины.