Скафандр для орхідеї

…Щоразу, прокидаючись на борту космічного корабля, французький космонавт Жан-Луї Кретьєн бачив не холодні й байдужі стіни орбітальної станції, всуціль обвішані приладами, а... прекрасну орхідею. Це здавалося справжнім дивом, зважаючи на сотні кілометрів, що відділяли його від рідної планети, і Жан-Луї просто помирав від щастя. Орхідея росла в запаяній колбі з землею, її протягом усіх шести місяців польоту не треба було поливати, міняти ґрунт або місце розташування. Отож усі, хто був на борту, могли не тільки мріяти про «траву біля дому», а й будь-якого зручного моменту милуватися прекрасною рослиною.

Зрозуміло, орхідея росла не просто так, а з цілком науковою метою. Українські вчені, які послали її на орбіту, саме тоді розробляли технології вирощування рослин у закритому ґрунті й герметичному об’ємі, підбираючи види для створення фітодизайну в кабінах космічних апаратів. Намагалися знайти відповіді й на інші запитання. Приміром, як впливає відсутність сил гравітації на життєдіяльність рослин, як вони пристосовуються до умов невагомості...

Власне, фундаментальні роботи в цій галузі розпочалися ще задовго до польоту Кретьєна, наприкінці 70-х років минулого століття. Серед піонерів галузі були й українські вчені, причому, хоч як це може здатися дивним, вони продовжують зберігати лідируючі позиції й нині. Більше того, аналіз стану наукових розробок світової космічної біології свідчить про те, що Україна стала одним із основних світових центрів проведення комплексних досліджень біології рослин в умовах космічного польоту на сучасному рівні. Результати фундаментальних досліджень наших учених дозволили їм зробити пріоритетне відкриття і обґрунтувати положення про гравічутливість рослинних клітин та механізми адаптаційних процесів. Простіше кажучи, пояснити, як почувається рослина в космосі, що тоді з нею відбувається, і головне — чому.

— Уже давно було відомо, що всі рослини мають особливі клітини, з допомогою яких відчувають гравітацію, — розповідає старший науковий співробітник Інституту ботаніки ім. М.Холодного Галина ШЕВЧЕНКО. — Наш відділ відкрив той факт, що відчувати гравітацію здатні не тільки специфічні, а й абсолютно всі клітини рослини. Кожна клітина реагує на невагомість перебудовою структури і метаболізму, які дозволяють їй пристосуватися до незвичних умов.

— Що це за зміни?

— Мікрогравітація діє як чинник стресу і прискорює окисні процеси, а це призводить до передчасного старіння та смерті організму. (Як тут не згадати слова з популярної колись пісні: «Время стрессов и страстей мчится все быстрей!» — тепер зрозуміло, що під час стресу все справді рухається швидше! — Т.Г.) Адже космос — це неприродне середовище для рослини, тому, опиняючись там, будь-який представник флори переживає сильний стрес, який і прискорює всі обмінні процеси.

Причому зміни стосуються не тільки всієї клітини, а й окремих її частин. Скажімо, кількість мітохондрій — органел, які постачають у клітину енергію, — збільшується. Досить швидко вони змінюють свою форму, що свідчить про зростання функціонального навантаження — хоча, здавалося б, усе має бути навпаки, і відсутність гравітації мала б полегшувати існування живого організму. Або ж візьмімо скелет клітини, її каркас: внаслідок зміни сили тяжіння впорядковане розташування його мікротрубочок змінюється, відбувається дискоординація.

— Який це вигляд має зовні? Якщо брати за аналогію людину, то на місці рук виростають ноги, а замість ніг — вуха?

— Із такими змінами клітина просто не вижила б. У кожній клітині тварини або рослини, щойно відбуваються якісь серйозні перебудови, миттю подається сигнал — «щось не так», і відразу спрацьовує множинний механізм, який це «щось» елімінує, виводить із організму. У нашому випадку «руки» й «ноги» виростають на своїх місцях, просто вони ніби повернуті в інший бік. Крім того, існують й інші механізми, які передбачають, що функції зміненого і не здатного правильно працювати органа бере на себе інший, який зумів зберегти свою структуру. Взяти, для прикладу, хаотично перебудований скелет клітини — його функції здатен виконувати інший, менш товстий цитоскелет, який не зазнав серйозних змін.

— Ці зміни спадкові?

— Ні, потрапляючи у природне земне середовище, «діти» й «онуки» рослин-космонавтів ростуть нормально. Зміни, що відбуваються з рослинами в космосі, не торкаються генома і тому не позначаються на фенотипі (зовнішньому вигляді) й не передаються спадково.

…Найкраще для космічних експериментів підходить звичайний рапс. Під час досліджень він випробував на собі дію невагомості як у справжньому космосі, так і в штучно створених лабораторних умовах. Повний цикл вирощування рапсу в космосі 1997 року проводив Леонід Каденюк. Він садив насіння у підготовлений ґрунт, вирощував, запилював спеціально прикріпленою до палички мертвою бджілкою (навіть у такому вигляді до її лапок з особливими ворсинками чудово чіпляється пилок), стежив за подальшим розвитком заплідненої рослини.

Вивчати дію мікрогравітації на рослини давно навчилися і в лабораторних умовах. Для цього, як з’ясувалося, зовсім необов’язково поміщати квітки у вакуумні камери — досить просто «збити їх із пуття». Рослини фіксують у спеціальних приладах — кліностатах — таким чином, що вони опиняються не у вертикальному, а в горизонтальному положенні. Після цього їх, як справжніх космонавтів, починають повільно обертати навколо їхньої осі. У результаті рослина повністю дезорієнтується щодо скеровуючої дії сили тяжіння. При цьому ефект, судячи з результатів досліджень, виявляється ідентичним тому, який відбувається в космосі в умовах невагомості.

— На жаль, в усьому світі нині зменшують фінансування в галузі космічної біології, — продовжує Галина Шевченко. — Тим часом дослідження цього напряму можуть допомогти у вивченні проблем регуляції в організмі, дати відповіді навіть на такі базові питання, як походження життя на Землі. В усьому живому приховані механізми, котрі маскують дію гравітації. Наприклад, мох. На землі він тягнеться вгору — до світла. У космічному ж кораблі він росте паралельно поверхні, закручуючись при цьому у спіраль. Це трохи скидається на закручування равликів, черепашок. Мабуть, у живих істот є певні механізми, що виявляються при відсутності сили земного тяжіння. Що ж стосується равликів, то, швидше за все, їхня форма пов’язана з виникненням життя на Землі. Загадку таких спіралей досі не розгадано. Що ж таке відбувалося на нашій планеті, що вони всі закрутилися — хто вправо, хто вліво? Можна припустити, що вони формувалися в умовах відсутності гравітації.

— Якщо в усьому світі фінансування космічної біології зменшують тільки тепер, то в нашій країні гроші, необхідні на науку, перестали виділяти вже давно. Що дозволяє вашій групі якщо не бути попереду планети всієї, то принаймні залишатися на рівні? Тут не потрібне таке дороге устаткування, як, наприклад, для досліджень у галузі молекулярної біології?

— Наша галузь ще не до такої міри розвинена, і того, що в нас нині є, цілком достатньо для проведення досліджень на сучасному науковому рівні. В Україні створено школу, нас знають, запрошують із доповідями на міжнародні конференції. У нашого керівника Єлизавети Львівни Кордюм, яка курирує державну програму «Космічна біологія», дуже багато публікацій у закордонних часописах, причому ці статті часописи спеціально їй замовляли — що свідчить про великий інтерес до теми і наших робіт зокрема.

P.S. Нинішнього року робота колективу авторів «Гравічутливість рослин і розробка технологій їх вирощування в умовах невагомості» була представлена на здобуття Державної премії України в галузі науки й техніки.

Довідка «ДТ»

За більш як 30 років вивчення теми колектив авторів (а це співробітники не тільки Інституту ботаніки, а й Національного ботанічного саду ім. Гришка, Інституту екології Карпат) підготував і провів понад 50 космічних біологічних експериментів на біосупутниках «Космос» і «Біон», на борту космічних кораблів «Союз» та орбітальних станціях «Салют» і «Мир». Спільно з Європейським космічним агентством і Росією проводили експеримент «Протопласт», із Росією і США — «Протонема». У 1997 році було проведено спільний українсько-американський експеримент на борту космічного корабля «Колумбія» (87-ма місія) з участю першого космонавта незалежної України Леоніда Каденюка. З 1993 року дослідження в галузі космічної біології ведуться у рамках Національної космічної програми і фінансуються Національним космічним агентством України.