Есть ли жизнь на других планетах? Может ли человек приспособиться к существованию в космосе? И главное: как зародилась наша биосфера? На эти и многие другие вопросы пытается ответить космическая биология.Процесс зарождения жизни на Земле окутан величайшей тайной. Невозможно представить, что наш мир — сложнейший, четко организованный механизм — мог возникнуть сам по себе «из ничего». Наблюдая за звездами, человек не раз задумывался о том, что жизнь на нашу планету могла попасть из космоса. В XIX веке эта гипотеза сформировалась в целую теорию панспермии.
Несколько ученых независимо друг от друга предположили, что жизнь на Земле возникла благодаря занесенным из космоса «зародышам жизни» (например, спорам растений или простейших), путешествующим на кометах, астероидах и других малых космических телах. Если условия на планете оказывались благоприятными, то приземлившиеся вместе с небесным странником бактерии активизировались и давали толчок процессу эволюции.
Насколько верна эта теория, пока выяснить не удалось, хотя по этому поводу было сделано немало | сенсационных заявлений. Одно из них прозвучало в 1996 году. На двухкилограммовом метеорите | ALH 84001, предположительно попавшем на Землю с Марса и обнаруженном в середине 80-х годов в Антарктиде, ученые заметили микроскопические образования, которые назвали нанобактериями, вполне подходившие на роль тех самых «зародышей жизни». Они вызвали столько интереса, что воскресили почти забытую теорию панспермии. Скорее всего, они в самом деле свидетельствуют о том, что за пределами Земли по крайней мере в прошлом существовала жизнь.
ИСКУССТВЕННАЯ АТМОСФЕРА
Переселение людей на другую планету (если такое вообще когда-нибудь случится) начнется с процесса терраформирования, то есть изменения атмосферы и климата планеты, которой предстоит стать для нас новым домом. На начальном этапе этого трудоемкого процесса формируется искусственная биосфера с поддерживаемым внутри земным климатом, выращиваются растения и создаются условия для обитания животных.
В1991 году в американском штате Аризона была построена экспериментальная модель искусственной экологической системы «Биосфера-2». Ее территория разделена на несколько блоков-биомов, имитирующих земные экосистемы: тропический лес, океан с коралловым рифом, мангровые заросли, саванна, пустыня и область для сельскохозяйственных работ. В комплексе был проведен ряд экспериментов, в том числе с участием людей. И хотя в начале проекта искусственно созданные условия казались идеальными для жизни человека, вскоре стало ясно, что даже незначительное нарушение экологического баланса может свести на нет функционирование целой системы. К примеру, из-за отсутствия ветра внутри купола деревья росли хрупкими и часто ломались, а стремительное размножение насекомых истощило запасы кислорода, и люди стали задыхаться.
Участники эксперимента могли рассчитывать на помощь извне, однако обитатели искусственного купола в космосе будут беззащитны перед всеми угрозами, главная из которых —разгерметизация.
После создания куполообразной биосферы следующий шаг — формирование постоянной атмосферы, озонового слоя и, если требуется, повышение температуры на планете. Последнего можно достичь путем выброса тепловой (термоядерной) энергии в атмосферу. Он спровоцирует парниковый эффект, таяние ледников (если они есть на планете), образование водоемов. Химическая обработка почвы позволит выращивать растения, тем более что в атмосфере некоторых планет изобилует углекислый газ.
Как бы то ни было, тема колонизации планет вызывает интерес у всех, от фантастов до ученых, для которых успех процесса терраформирования — настоящий вызов науке и даже собственному «я». Но в погоне за новыми открытиями и, конечно, славой исследователи порой забывают, что глобальное изменение климата одной планеты может нанести непоправимый ущерб целой системе.
Если ученые все-таки всерьез займутся вопросом формирования двойника Земли в космосе, кандидатом номер один для этих целей станет Марс, чьи условия считаются наиболее схожими с земными по сравнению с другими планетами Солнечной системы. Во-первых, площадь поверхности Марса почти равна площади суши Земли. Во-вторых, у него есть атмосфера, частично защищающая планету от солнечной и космической радиации. В-третьих, на Марсе обнаружены запасы воды в виде льда.
Анализы марсианского грунта, доставленного на Землю в 1976 году аппаратом «Викинг-1», не выявили никаких следов органических соединений. Но в 2008 году посадочный модуль «Феникс» обнаружил в грунте хлорнокислые соли. Сами по себе они не говорят об отсутствии в почве органических веществ. В этом можно убедиться на примере чилийской пустыни Атакама, известной повышенным содержанием в почве солей хлорной кислоты. Коварство этих химических соединений заключается в том, что во время экспериментального нагрева почвы они могли уничтожить любые следы органики.
Что касается возможного присутствия на Марсе живых обитателей — это еще более спорный вопрос. Суровых условий среды Красной планеты не вынесет ни одно земное существо. Единственная надежда ученых — это простейшие, способные обитать в таких экстремальных условиях, которые для других организмов окажутся фатальными. Возможно, прояснить ситуацию поможет научная лаборатория Curiosity, запущенная в ноябре прошлого года. Ее приземление планируется на 6 августа, после чего аппарат должен будет провести на планете целый марсианский год (687 земных дней).
В его основную задачу входит выявление благоприятных для жизни условий и исследование марсианских пород на наличие останков древних микроорганизмов. Сможет ли Curiosity оправдать надежды ученых, покажет будущее.
КОСМИЧЕСКАЯ БЕРЕМЕННОСТЬ
Можно ли забеременеть в космосе? Первым исследования в этом направлении начал немец Утте Энгельманн, отправив на орбиту в 1988 году семенную жидкость быка. Основной целью эксперимента было выяснить, влияет ли невесомость на скорость движения мужских половых клеток. Как оказалось, влияет: клетки начинали двигаться значительно быстрее, что должно было увеличивать шансы на успешное оплодотворение. Однако американский специалист Джозеф Тэш, исследовавший поведение сперматозоидов морского ежа и мышей в космосе, советует не торопиться с выводами. Увеличение скорости клеток не значит, что забеременеть в космосе проще, чем на Земле. Движение мужской половой клетки начинается с биохимической реакции: энзим (фермент) вызывает модификацию белка в клетке, после чего живчик устремляется навстречу яйцеклетке. Когда он достигает цели, активизируется второй энзим, принуждающий сперматозоид начать внедрение в яйцеклетку. Проблема в том, что в космосе второй энзим не успевает вовремя среагировать и процесса оплодотворения может не произойти.
Невесомость — не единственное препятствие для нормального зачатия. Во время полетов космонавты подвергаются длительному воздействию радиации, которое снижает количество сперматозоидов и замедляет развитие зиготы. Если, несмотря на это, младенцу все-таки удастся появиться на свет, высока вероятность, что у него обнаружатся врожденные _ дефекты и серьезное отставание в развитии. | Но и это еще не все. Опыты над животными по-| казали, что космическая радиация способна унич-§ тожить у плода женского пола яйцеклетки на вто-| ром-третьем триместре беременности. В результате | родившееся поколение окажется бесплодным. Это р не говоря уже о том, что осуществление самого по-1 лового акта в условиях невесомости — задача не в такая уж легкая.
Хотя и существует масса слухов и «сенсационных» заявлений по поводу секса в космосе, ни один из них не получил официального подтверждения. Достоверно известно, что «этим» на орбите занимались подопытные животные.
Сложности, связанные с зачатием, вовсе не говорят о том, что при нулевой гравитации невозможно появление новой жизни. В 1990 году в рамках совместного советско-чехословацкого биологического эксперимента «Перепел» на орбитальную станцию «Мир» отправились оплодотворенные яйца японской перепелки. На борту комплекса их поместили в инкубатор, и примерно через три недели из яиц вылупились «космические» цыплята.
Птенцов переместили в контейнер, на дне которого находилась сетка, вымазанная кормом. По расчетам исследователей, цыплята должны были цепляться за сетку лапками и клевать питательную пасту. На деле же все оказалось совсем иначе. В условиях невесомости птенцы беспомощно кувыркались в воздухе и даже не пытались зацепиться за решетку. Кормление из рук оказалось непростой задачей, что в конечном итоге привело к гибели всех птенцов. Несмотря на печальный исход эксперимента, в нем были и положительные моменты: цыплятам удалось достигнуть нормального уровня развития и появиться на свет.
Через девять лет после этого опыта исследователи пошли еще дальше. Они вновь вывели на борту МКС цыплят, которые на этот раз сумели выжить и даже вернуться на Землю. Правда, из десяти птенцов счастливчиками оказались лишь трое (остальные погибли от переохлаждения в камере возврата). Дальнейшие эксперименты, возможно, помогут исследователям выработать идеальные условия для выведения птиц и животных на космических кораблях.
СЕКРЕТ ВЕЧНОЙ МОЛОДОСТИ
Отсутствие гравитации, как выяснилось, ускоряет процесс старения организма. Секрет таких изменений помогли раскрыть стволовые клетки. Сотрудники Уэльского университета поместили образцы стволовых клеток эмбриона человека в биореактор, имитирующий условия невесомости. В таком состоянии клетки провели 28 дней, и по окончании эксперимента их сравнили с контрольной группой. 64% белков в клетках, переживших искусственную невесомость, значительно отличались от обычных. В них присутствовали соединения, способствовавшие разрушению костной ткани и сокращению выработки кальция.
Неудивительно, что после возвращения с орбиты на землю космонавты еще долгое время ощущают на себе признаки старения, их кости становятся хрупкими и ломкими, как у пожилых людей. В условиях микрогравитации тело лишается веса, костная система «расслабляется» и начинает вырабатывать меньше кальция и фосфора, что приводит к сокращению костной массы. Она уменьшается в 10 раз быстрее, чем в организме больного остеопорозом!
Решить эту задачу в 2009 году взялись японские специалисты. На модуле МКС «Кибо» они провели серию опытов, целью которых было выяснить, смогут ли бисфосфонаты, используемые при лече -нии остеопороза, предотвратить потерю костной массы в космосе.
В эксперименте принял участие японский астронавт Коичи Ваката. Для него это был третий полет. Ваката провел на МКС 4,5 месяца, каждую неделю принимая препарат. Результаты оказались положительными:уже через два часа после возвращения на Землю японец мог ходить без посторонней помощи.
И все-таки об успехе эксперимента говорить еще рано. Помимо ослабления костной системы у космонавтов истончается и мышечная ткань. Помочь с решением этой проблемы могут животные. Вернее, круглые черви (нематоды) вида Caenorhabditis elegans. Уникальность этого вида заключается в том, что он стал первым многоклеточным животным, чей геном поддался расшифровке. Более того, около трети его генов функцио-нируюттак же, как человеческие. Это делает миниатюрного червя настоящей живой моделью для изучения множества процессов, происходящих в организме человека.
Во время одного из экспериментов, проходившего на борту МКС, в организме животных инициировали процесс РНК-интерференции (RNAi), в ходе которого блокируются нежелательные гены. В том числе те, которые приводят к разрушению мышц. Результаты эксперимента выглядели довольно оптимистично: RNAi сработала в условиях микрогравитации, продемонстрировав способность предотвращать атрофию мышц. Если не будет выявлено никаких патологий, то в будущем РНК-интерференцию начнут использовать для лечения людей.
Еще один подвиг во имя науки нематоды совершили в 2003 году, когда отправились в космос на борту шаттла «Колумбия». Корабль сгорел при входе в плотные слои атмосферы, все члены его экипажа погибли. И каково было удивление, когда среди обломков нашли экспериментальные контейнеры, а в них — целых и невредимых червей. Им удалось пережить перегрев корабля, приведший к его разрушению, аварийное прохождение через атмосферу, чудовищную перегрузку и удар о землю. Выжившие черви стали настоящей сенсацией, лишний раз доказывающей необычную способность организмов претерпевать самые неблагоприятные условия. Кто знает, может, благодаря космосу и у человека обнаружатся еще не раскрытые способности?