"Наши исследования помогут создать экосистемы на Луне и Марсе"

12.04.2023 10:03

Заветная мечта человечества на протяжении многих десятилетий (если не столетий) – не просто «полететь в космос», а именно освоить другие планеты: сначала ближайшие к нам, а там уже как дело пойдет. Эту мечту озвучивали Циолковский, Королев и почти все космонавты, включая Гагарина. С таким же успехом озвучивать ее можно и сейчас: современная цивилизация почти не продвинулась в этом направлении. Тем не менее, планы по освоению Луны и Марса есть, и в Нижнем Новгороде уже ведутся исследования, которые помогут эти планы реализовать. Сегодня, в день космонавтики, «Говорит Нижний» решил рассказать читателям об этих работах. Помогает нам научный сотрудник Института биологии и биомедицины ННГУ Марина Гринберг.

Ошибка «марсианина»

Согласно современным «лунным стратегиям» (космические державы, включая Россию, их практически сверстали), пилотируемому полету к спутнику Земли будет предшествовать строительство баз. Внутри этих баз должно быть достаточно кислорода и еды. Везти в такую даль так много ресурсов (особенно когда на счету каждый лишний грамм) не очень целесообразно. Целесообразнее сделать так, чтобы эти ресурсы вырабатывались непосредственно на Луне. А для этого внутри лунных баз необходимо создать устойчивую экосистему, доминировать в которой будут растения: они и кислород вырабатывают, и рацион прилетевших космонавтов могут разнообразить.

Со временем эту практику можно будет повторить на Марсе, где, если верить советской эстраде, «будут яблони цвести». Правда, не все так просто, как это показано в американском фильме «Марсианин» – помните, там главный герой соорудил грядки на скорую руку?

 — Марсианский грунт содержит опасные для растений хлористые соединения, — замечает Марина Гринберг, — Поэтому для того, чтобы там что-то проросло, нужно будет как-то этот грунт дезактивировать. Это одна из нерешенных пока что задач.  

Радиация в 200 раз выше земной

Однако создать что-то похожее на оранжерею хотя бы на Луне – задача сложная и нетривиальная. Для того, чтобы в перспективе можно было ее решить, здесь, в лаборатории радиобиологии центра биофизики ННГУ, моделируются космические условия.

В частности, растения подвергают жесткому ионизирующему излучению (на Луне оно будет превышать земное примерно в 200 раз) для того, чтобы понять, как колоски пшеницы или же листья табака или картофеля на такие условия реагируют.

Например, с помощью вот этих установок можно понять, как в уже облученных растениях идет процесс фотосинтеза, как ведут себя молекулы хлорофилла.

Помогает такое свойство, как флюоресценция: если направить на растение свет в определенном спектре, эти  важнейшие для экосистемы молекулы будут светиться, «показывать себя».

 — Перед экспериментами мы подвергаем растения генетическим изменениям, чтобы некоторые другие молекулы тоже могли «светиться», — отмечает наша собеседница. – Это помогает исследовать сразу несколько процессов.   

Реакция на повышенную радиацию в целом «отрицательная». Но какие-то процессы внутри растений останавливаются, а какие-то нет.

Значит, теоретически можно подобрать такие условия, в которых та же пшеница сможет расти и давать урожай.

Некоторые «штрихи» будущего проекта уже начинают вырисовываться. В частности, нижегородские ученые обнаружили, что чем выше уровень радиации, тем дальше внутри растений распространяются электрические импульсы, сигнализирующие о «бедствии». Возможно, это свойство пригодится для создания «стойких» генетических модификаций.

Кроме того, повышенный уровень радиации может негативно влиять на устойчивость растений к перепадам температур – особенно это актуально для Марса с его резкими перепадами от жары к холоду и наоборот. Значит, если мы хотим вырастить что-то в условиях дальнего космоса, придется потратить энергию на поддержание стабильных температурных условий.  

 — Так или иначе, растения, скорее всего, придется «спрятать» под поверхность Луны, чтобы уровень радиации был меньше, — предполагает исследователь.

 — Но тогда нужно будет искусственное освещение…   

 — Да, причем придется подобрать такой вид видимого излучения, который и фотосинтез обеспечит, и энергии много не потребует. Поэтому в Центре биофизики ННГУ изучают также, как облученные растения реагируют на видимый свет в разных спектрах.   

«Обнуление» поля

Однако радиация  – это только один из «стрессовых факторов». В условиях относительно дальнего космоса не будет магнитного поля.

Для того, чтобы смоделировать это условие, в лаборатории смонтирована специальная катушка.

Достаточно нажать на кнопку – и магнитное поле внутри установки «обнулится». Что при этом может произойти с растением – вопрос пока открыт. 

 — Результатов исследований в этом направлении пока мало, — отмечает наша собеседница, — нам еще предстоит досконально изучить этот аспект.  

Не исключено, что на создание «земного» поля тоже придется потратить энергию. А еще – на выработку углекислого газа и воды.

При этом энергия на лунной базе нужна будет и для связи с Землей, и для строительных работ, и для научных экспериментов. Чем меньше ее пойдет на экосистему, тем лучше. И вот здесь нужно подобрать такие параметры, чтобы и энергии тратился минимум, и растения смогли жить и размножаться.

Причем недостаток одного фактора (например, яркого света или «земного» уровня магнитного поля) можно компенсировать за счет другого фактора, менее энергозатратного.

 — Например, в ходе экспериментов мы выяснили, что ультрафиолет, если интенсивность небольшая, помогает растениям «быть в тонусе»,  — отмечает Марина Гринберг.

«Мы не изолированы»

Какой именно должна быть «лунная оранжерея», какая именно комбинация различных условий будет оптимальной? На этот вопрос пока ни у кого нет ответа. 

Стоит отметить, что реакцию земных организмов на «жесткую среду» изучают во всем мире достаточно давно. Но исследуются, как правило, поверхностные факторы – такие, как рост и способность к размножению. А вот во «внутренний мир» растений, оказавшихся в космических условиях, ранее так глубоко почти никто не заглядывал.

— Наша задача – найти и показать механизмы, выяснить, как растения будут вести себя в условиях дальнего космоса, — поясняет исследовательница. – В перспективе эти работы помогут создать искусственные экосистемы на Луне и Марсе.При этом мы являемся ответвлением от очень сильной школы. У нас на кафедре биофизики изучают стрессовые реакции растений уже более полувека. Наш заведующий кафедрой Владимир Воденеев – он в этом русле всю жизнь и работает. Моделировать «космические условия» в лаборатории нам помогают специалисты из ИПФ РАНа — коллектив под руководством академика Евгения Мареева. То есть люди максимально в этой тематике компетентны, они действительно результаты мирового уровня получают. И на этапе планирования экспериментов это, конечно, всегда общение с научными руководителями. Мы не обособленная, не изолированная группа. Мы часть большого коллектива.   

«Чаще всего задуманное получается»

Исследования именно в этом, «космическом», направлении ведутся здесь около пяти лет. Но можно сказать, что настоящий прорыв – впереди. В ближайшее время в Сарове должна появиться уникальная площадка, где будет смоделирован целый комплекс условий дальнего космоса. И все это – для экспериментов с растениями. При этом значительная часть «наблюдательного» исследовательского оборудования по-прежнему останется в Нижнем Новгороде.    

 — Мы не исключаем, что в дальнейшем на эксперименты с живыми организмами мы тоже могли бы замахнуться, тем более что установки такого типа, как задумано в Сарове, позволяют это сделать, — делится планами Марина Гринберг. – Ведь в той же «лунной экосистеме» будут не только одни растения. Вопросов много, задач много, у нас есть чем заняться – хватило бы сил.

 — А что дает Вам силы, что вдохновляет?

— Когда идет эксперимент, это каждый день интрига. Данные собираются не одномоментно. Каждый день ты идешь в лабораторию и думаешь: получится ли сегодня что-нибудь? Будет ли результат соответствовать гипотезе, или день будет прожит зря? Чаще у нас все-таки получается задуманное. Это моменты, ради которых мы на работу, в общем-то, и ходим – радость открытия, радость удивления от того, как природа устроена. Ну и большая общая цель, конечно, тоже дает силы.

Фото: ИА «Говорит Нижний»