Книга: Популярно о микробиологии

Глава 25 Микробиология и космос

Глава 25

Микробиология и космос

Исследование и освоение космического пространства связано с развитием новых научных направлений, к числу которых относится и космическая микробиология.

Изучение жизнедеятельности микроорганизмов после пребывания в космосе, возможность заноса земных бактерий на другие планеты, проникновение инопланетных микробов на Землю, методы обнаружения инопланетной жизни и, наконец, создание замкнутых экологических систем с помощью микроорганизмов — вот далеко не полный перечень задач, стоящих перед космической микробиологией.

Сейчас, когда уже никого не удивишь длительным пребыванием в космосе, стоит напомнить, что микроорганизмы стали самыми первыми биологическими объектами, на которых было проверено физиологическое действие экстремальных факторов, таких как невесомость и космическое излучение.

На первых искусственных спутниках находилась культура микроорганизмов, очень чувствительных к действию радиации. Ее использовали в качестве биологического дозиметра для измерения генетической эффективности космической радиации. Сравнивая клетки, побывавшие в космосе, с контрольными, которые оставались во время опыта на Земле, удалось установить границы поясов повышенной радиации и выбрать такие орбиты для космических кораблей с человеком на борту, на которых уровень радиации минимальный.

Выживаемость микроорганизмов в экстремальных условиях космоса поразительна. Для иллюстрации можно привести следующий факт. Когда экипажем «Аполлона-12» с Луны была доставлена кинокамера, заброшенная туда за три года до этого автоматической станцией Surveyor-3, то внутри нее обнаружили бактерии Streptococcus mitus. Помещенные в питательную среду, они ожили на четвертый день, а еще через день начали делиться. Им не повредили далекое космическое путешествие и трехгодичное пребывание на Луне. Предполагают, что микроорганизмы были внесены внутрь кинокамеры до полета, во время ремонта, а затем лиофизированы, т. е. высушены холодным вакуумом во время предполетной обработки. Исследование влияния вакуума на жизнедеятельность некоторых микроорганизмов показало, что глубокий вакуум не оказывает губительного действия на целый ряд микроорганизмов. Более того, при его комплексном воздействии, а также низких температурах некоторые виды микробов лучше сохраняются в нем, чем при нормальном атмосферном давлении. Это говорит о том, что в глубоком вакууме при низких температурах существуют вполне благоприятные условия для анабиоза, что свидетельствует о возможности доставки на другие планеты жизнеспособных представителей земной жизни. Экспериментально это предположение было подтверждено американским ученым Р. Сильверманом, доказавшим жизнеспособность земных микроорганизмов, слетавших на Луну и обратно.

Выходя за пределы Земли в экологической нише космического корабля, человек может распространить по Вселенной и входящие в ее состав микроорганизмы. Однако возникает серьезная проблема их неконтролируемого распространения, поэтому вопрос о существовании жизни на этих планетах до появления на них человека уже невозможно будет решить. Поэтому, чтобы сохранить инопланетную жизнь в ее первозданном состоянии, необходимо тщательно стерилизовать космические корабли.

О том, насколько большое значение придается этой проблеме, свидетельствует резолюция Международного комитета по космическим исследованиям (КОСПАР)^[8] о необходимости стерилизации космических аппаратов с допустимым пределом зараженности 1?10^-3. Эта величина означает наличие одной микробной клетки на 1000 космических аппаратов!

Однако космическая карантинная служба необходима не только для решения вопроса «Есть ли жизнь на Марсе?». Проникновение инопланетных микробов (если, конечно, они там есть!) в экологическую нишу Земли, обычно защищенную от вторжения микроорганизмов экраном атмосферы и магнитных полей, может привести к тяжелым последствиям для всего человечества. Отсутствие иммунитета к инопланетным микроорганизмам может послужить причиной массовых тяжелых заболеваний. (Трагический пример такой ситуации — смертельные случаи, наблюдавшиеся при заболевании корью у населения островов Тихого океана, которое никогда до прихода европейцев не сталкивалось с этой болезнью.) Кроме того, «чужие» микроорганизмы, даже не будучи болезнетворными, могут стать конкурентами человека и других организмов за какие-либо жизненно важные элементы, например за кислород, сыграв при этом роль злодея из повести А. Беляева «Продавец воздуха»^[9] настолько хорошо, что человечество должно будет приложить немало усилий, чтобы справиться с этим нашествием.

Вот почему космические корабли проходят строжайший микробиологический контроль перед выходом в космос и еще более строгую проверку — при возвращении на Землю.

Есть еще один важный аспект, связанный с необходимостью стерилизации космических кораблей. Известно следствие шуточного закона Чизхолма: «Все, что не может испортиться, — портится тоже». Казалось, что ракетное топливо, которое используется для вывода на орбиту космических кораблей и корректировки их движения в межпланетном пространстве, не должно попасть в сферу действия этого закона. Но такое предположение не оправдалось. Ракетное топливо тоже портится, и причиной этого могут быть микроорганизмы. Если подвергнуть его микробной атаке, то у него изменяются свойства, что может привести к непредвиденным ошибкам в траектории полета. Законсервировать ракетное топливо, спасти его от разрушительного действия микроорганизмов — одна из серьезнейших задач, стоящих перед ракетостроителями и микробиологами. От ее выполнения зависят и ювелирная точность посадки космических аппаратов на другие планеты, и возможность корректировки орбит околоземных орбитальных станций, и решение много других вопросов, казалось бы, никак не связанных с микробиологией.

Однако вернемся к вопросу о наличии микроорганизмов на Луне и других планетах Солнечной системы. Возможность существования на них жизни издавна интересовала человечество, и именно микроорганизмы с их изумительной приспособленностью к экстремальным условиям и способностью использовать в качестве источника энергии широкий спектр субстратов являются лакмусовой бумажкой для определения наличия жизни. Последние успехи космонавтики впервые позволили провести прямые исследования этого вопроса. Американские ученые Г. Тейлор, Е. Фергюссон и К. Траби провели анализ лунного вещества, доставленного на Землю в условиях полной асептики. При этом авторы исследовали не только грунт с поверхности, но и образцы из нижележащих слоев. Эксперименты проводили в специально оборудованном боксе, высевая тонкоизмельченные образцы грунта на различные среды. После инкубации в течение 21 дня ни на одной из испытанных сред не был обнаружен рост микроорганизмов. Однако полученные результаты отнюдь не дают однозначного ответа на поставленный вопрос. Связано ли отсутствие развития микроорганизмов с отсутствием микрофлоры в образцах лунного грунта, или полученные результаты свидетельствуют о подавлении роста микроорганизмов химическими веществами, содержащимися в испытуемых образцах, или, наконец, только подтверждают неспособность «лунных» бактерий расти на испытанных питательных средах? Ответы на эти вопросы могут быть получены после проведения дополнительных исследований.

Предварительные результаты изучения Марса с помощью автоматических станций тоже не позволяют сделать однозначный вывод о наличии или отсутствии микрофлоры на этой планете.

Человечество уже сделало первые шаги за пределы Земли. Главная особенность предстоящих космических путешествий — это их длительность. Представьте себе, что вы собираетесь в долгое космическое путешествие, пусть даже в пределах Солнечной системы. Тогда вам необходимо подумать об обеспечении экипажа не только оборудованием и скафандрами, но и воздухом, водой и пищей на весь период путешествия. Кстати сказать, полет, например, на Марс и обратно продлится около двух лет. Самый скромный запас необходимых для этого продуктов, даже если экипаж состоит всего из нескольких человек, никакой корабль не вместит, не говоря о трудностях вывода такого груза на околоземную орбиту. Выход из этого один: нужно многократно использовать продукты питания, превращая отходы вновь в продукты питания и регенерируя воздух в кабине корабля, т. е. в миниатюре воспроизводя кругооборот веществ, который существует на Земле. На нашей планете он осуществляется в течение длительного периода. Экологическая емкость Земли достаточно велика, и если в одном из звеньев не происходит полного возвращения веществ обратно в цикл, то это компенсируется их интенсивным возвратом в другом звене. В условиях космического полета, когда цикл замыкается не на всю Землю, а только на систему регенерации космического корабля, емкость которой невелика, проблема многократно усложняется. Решение этой задачи может быть обеспечено лишь за счет высокой интенсивности работы систем регенерации. Известные системы химического типа или основанные на «работе» растений по интенсивности не могут сравниться с регенерирующими системами на основе микроорганизмов.

И действительно, только с помощью микроорганизмов, поскольку они обладают высокой интенсивностью обмена, можно создать замкнутую экологическую нишу, которую и представляет собой космический корабль, способный к длительным путешествиям в космосе.