Kosmosa zinātne: kāpēc peles, alus un spermatozoīdi nosūtīti uz orbītu
1961. gada 12. aprīlis Jurijs Gagarins Viņš kļuva par pirmo cilvēku vēsturē, lai lidotu kosmosā. Dažas desmitgades vēlāk neticami kļuva gandrīz triviāli - pasaule sāka runāt par kosmosa tūrismu. Taisnība, tas nesākās ļoti gludi: 1986. gadā pirmais kosmosa tūrists bija kļuvis par amerikāņu skolotāju Christa McAuliffe, kurš nomira 73 sekundes pēc Challenger shuttle uzsākšanas, un ASV pieņēma likumu, ar ko aizliedz lidojumus uz kosmosu neprofesionāļiem. Bet pasaule mainījās, un tika uzlaboti veidi, kā nodrošināt pasažieru drošību.
Uzņēmējs Dennis Tito, Canonical dibinātājs Marks Shuttleworth, Sensors Unlimited dibinātājs Gregory Olsen, Prodea Systems dibinātājs Anoushe Ansari, pirmā sieviete starp kosmosa tūristiem, tīšas programmatūras korporācijas vadītājs Charles Simony (un divas reizes), datorspēļu attīstītājs Richard Garry, jau ir izdevies apmeklēt ISS un Cirque du Soleil izpilddirektors Guy Laliberte. Un Ilona Maska Tesla automobiļa izlaišana ar manekenu uz kuģa nevar neļaut iespaidot - it īpaši ņemot vērā ironisku atsauci uz romāniem “Hikhikera ceļvedis galaktikā”, kas ir multivides sistēmas „Ne Panikas” ziņojums.
Tomēr tas viss nenozīmē, ka cilvēce ir pakļāvusi kosmosu. Mums joprojām ir daudz uzdevumu, piemēram, Marsa kolonizācijas plāni. Un tagad, zinātnieki nepalaida garām iespēju izmantot telpu savām vajadzībām. Starptautiskā kosmosa stacija ir orbītā esoša laboratorija, kurā var veikt unikālus eksperimentus. Tas varētu būt noderīgi gan astronautiem, gan nākotnes Marsa iedzīvotājiem, lidojums, uz kura, kā izrādījās, ir divreiz bīstamāks, kā visi domāja. Bet līdz šim tas ļauj vismaz iegūt datus zinātniskiem, tostarp medicīniskiem, atklājumiem.
Dvīņu astronauti un genoma maiņa
Scott un Mark Kelly ir vienīgie absolūti vienādi kosmonauti pasaulē (tie ir identiski dvīņi). Vismaz tas bija līdz brīdim, kad Scott gandrīz gadu pavadīja bezsvara apstākļos. Parasti astronauti "dzīvo" uz ISS ne ilgāk kā sešus mēnešus, bet Scott Kelly ar nodomu tika nosūtīts uz staciju ilgāku laiku - tā, lai viņa ķermeņa izmaiņas būtu pamanāmas. Pēc atgriešanās pētnieki salīdzināja savu sniegumu ar brāli: izrādījās, ka Scott augstums palielinājās par gandrīz pieciem centimetriem. Turklāt tā ķermeņa svars ir samazinājies, zarnu mikrobioms (mikroorganismu kopums) ir gandrīz pilnīgi mainījies, un genoms, saskaņā ar iepriekšēju analīzi, ir mainījušās.
Tas viss ļāva NASA ekspertiem paziņot, ka kosmosa vide aktivizēta Scott Kelly ķermenī, kas ir "kosmisko" gēnu grupa, kas ietekmēja imunitāti, kaulu audu iezīmes, redzi, dzirdi un dažus citus rādītājus. Neskatoties uz to, ka lielākā daļa izmaiņu (piemēram, izaugsme) pēc kāda laika atgriezās sākuma punktā, apmēram 7% gēnu tika fiksēti jaunajā valstī. Zinātnieki uzskata, ka cēlonis tam, kas notiek, ir jāmeklē "kosmiskajā stress" - ietekme uz netipiskas vides ķermeni, ko organisms uztver kā draudus, atbildot uz to.
Kosmosa vide aktivizēta Scott Kelly ķermenī "kosmisko" gēnu grupa, kas ietekmēja imunitāti, kaulu audu iezīmes, redze, dzirde
Iepriekšējos pētījumos, starp citu, tika atzīmēts, ka lidojumi uz kosmosu īpašā veidā ietekmē smadzenes, padarot to neiroplastiskāku. Saskaņā ar eksperimentu, kas tika veikts Mičiganas Universitātē, astronautu pelēko vielu daudzums dažās jomās samazinājās, bet citās, kas šobrīd bija vairāk nepieciešamas - piemēram, zonās, kas ir atbildīgas par apakšējo ekstremitāšu kustību - tas palielinājās.
Tajā pašā laikā Floridas universitātes zinātnieku komanda atklāja, ka astronauti bija augstāks sirdsdarbības problēmu risks, ceļojot uz Mēness: pamatojoties uz datiem, kas iegūti no Apollo dalībniekiem no 1961. līdz 1972. gadam, viņi konstatēja, ka kosmiskais starojums rada apmēram piecas reizes vairāk kaitē „mēness” astronautu sirdij un kuģiem, salīdzinot ar astronautiem, kuri nekad nav lidojuši uz Mēness.
Pinky un Brain: peles kosmosā
Aknu stāvokli negatīvi ietekmē ne tikai alkohols un taukaini pārtikas produkti, bet arī lidojumi kosmosā. Šo secinājumu 2011. gadā izdarīja Kolorādo Universitātes pētnieki, kuri pirmo reizi nosūtīja grauzējus kosmosā gandrīz divas nedēļas (vai precīzāk, trīspadsmit un pusi dienas), un pēc tam paskatījās, kā pēc šī neparastā brauciena mainījās viņu orgāni. Datu analīze parādīja, ka galvenās problēmas bija saistītas ar aknām: dzīvnieki konstatēja sākotnējās bezalkoholisko tauku slimības pazīmes. Ir diezgan grūti noteikt precīzu iemeslu šādos eksperimentos, bet zinātnieki ir norādījuši, ka lidojums izraisīja procesus, kas izraisa fibrozes (saistaudu proliferācijas) attīstību.
Attiecībā uz laboratorijas pelēm - viņu ceļojums kosmosā mūsdienu zinātnei ir viens no svarīgākajiem. Eksperimentus ar grauzējiem nevar atkārtot cilvēkiem ētisku apsvērumu dēļ, bet tie palīdz saprast, vai cilvēka ķermenis var tikt galā ar ilgstošas, spēcīgas kosmiskās radiācijas ietekmi, kas var izraisīt mutācijas, piemēram, izraisot ļaundabīgus audzējus. Uz ISS tiek nosūtītas ne tikai pieaugušo peles, bet arī saldēti peles embriji. Pēc atgriešanās Zemē, tās tiek ievestas aizstājēju peles mātes organismos un tradicionālos apstākļos skatās peles augšanu un attīstību.
Pagājušā gada vidū Kalifornijas zinātnieki paziņoja par nodomu uz ISS uzreiz nosūtīt četrdesmit peles, lai pārbaudītu jaunu osteoporozes vakcīnu. Eksperimentālai narkotikai, kas veidota, pamatojoties uz kaulu proteīnu NELL-1, būtu jāaizsargā kaulu audi no osteoklastiem - šūnām, kas to iznīcina. Jau sen ir zināms, ka pēc piecdesmit gadiem cilvēki katru gadu zaudē vidēji 0,5% kaulu audu. Tomēr, bezspējas apstākļos, šis process tiek paātrināts. Ja testi ir veiksmīgi, vakcīna palīdzēs abiem astronautiem, kuri ir spiesti pavadīt mēnešus orbītā, un "zemeslodes", kas saskaras ar kaulu bojājumiem.
Kosmosa alus darītava
Pētījumu pārpilnība par tēmām, kas pirmajā acu uzmetienā šķiet nezināmas (piemēram, noskaidrojot iemeslus, kādēļ sievietes kliedz viņu partneru kreklus) palīdz domāt, ka zinātne ne vienmēr ir garlaicīgi. Tas jo īpaši attiecas uz gadījumiem, kad zinātnieki apvienojas ar gastronomiskiem - vai šajā gadījumā - alkohola entuziastiem. Čehijas alus kompānija Budweiser 2017. gadā paziņoja, ka drīz nosūtīs miežu sēklas ISS. Kāpēc? Lai kļūtu par pirmo, kas sāk alus ražošanu tieši kosmosā.
Protams, alus darītavas nevarēja darīt tikai pašas. Viņi apvienoja spēkus ar Kosmosa zinātnes attīstības centru, Amerikas laboratorijas vadītāju ISS un privāto uzņēmumu Space Tango. Plānots, ka uz kosmosa staciju tiks nosūtītas divdesmit miežu sēklas, kas piedalīsies vismaz divos eksperimentos: pirmā pētīs sēklu uzvedību mikrogravitācijas apstākļos (tas ir, gravitācija kosmosa kuģī, kas ir klāt, kaut arī daudz vājāka nekā uz Zemes), otrais ir miežu augšana bez svara.
Tiesa, kosmosa eksperimentu gadījumā "drīz" ir brīva koncepcija. Vēl nav skaidrs, vai Budweiser īpašnieku ideja piepildīsies. Problēma ir tā, ka sēklas jau bija jāpiegādā ISS: SpaceX CRS-13 raķete ar tiem uz kuģa, kas plānots sākt 2017. gada 4. decembrī, tad 8. decembrī vai 12. decembrī, bet palaišana tika atlikta visu laiku. Informācija par šo jautājumu vēl nav ziņota, lai kosmiskais alus nebūtu gatavs pagatavot šogad.
Pārtika pēc noteikumiem un bez
Pilnīgs un sabalansēts uzturs ir viena no svarīgākajām problēmām astronauti ilgu lidojumu laikā. Protams, jūs varat paļauties uz labi zināmām "caurulēm", bet zinātnieki nepārtrauc mēģināt kaut ko attīstīt pēc iespējas tuvāk Zemes diētai. Uz ISS mēs esam spējuši audzēt tikai salātus, bet darbs pie daudzveidīgākas izvēlnes izveides neapstājas uz vienu minūti.
Nesen Vācijas Neumayer stacijas III izpētes grupa Antarktīdā, izmantojot hidroponiku, spēja augt ne tikai salātus, bet arī redīsi un gurķi bez gaismas un augsnes. Un pat tad, ja Antarktīds nav pietiekami plašs, skarbie klimatiskie apstākļi ļauj izstrādāt tehnoloģijas dārzeņu audzēšanai (un nākotnē augļiem), kas būs piemērojami ISS.
Attiecībā uz gaļu Memphis Meats ir guvis panākumus šajā jomā, tā ir „audzējusi” gaļas bumbiņu laboratorijā, kas pēc garšas nesniedz tradicionālu
Attiecībā uz gaļu, panākumus šajā jomā panāca Memphis Meats, kas gaļas bumbas laboratorijā bija „izaudzis” ar garšu, nekādā veidā ne zemāk par tradicionālajiem. Uzņēmuma pārstāvji ir pārliecināti, ka to produktu ieviešana kosmosa diētā var notikt nākamo piecu gadu laikā. No otras puses, šajā laikā Space10, inovāciju centrā un IKEA speciālajā laboratorijā, viņi var saprast, kā atjaunot savu ātrās ēdināšanas nākotni nulles smaguma apstākļos, ieskaitot karstos suņus no spirulīnas (zilaļģes) un tārpu gaļas bumbiņas, tāpēc Memphis Meats nav vērts atpūsties.
Pensilvānijas universitātes zinātnieku komanda var arī sacensties par tiesībām barot astronautus, un viņi ir sapratuši, kā atkritumus pārvērst pārtikā. Atkritumu apstrādes procesā īpašā slēgtā sistēmā viņiem izdevās iegūt Methylococcus capsulatus kultūru, kas sastāv no 52% olbaltumvielu un 36% tauku, kas var būt noderīgi gan ilgos lidojumos, gan arī turpmākos mēģinājumos kolonizēt citas planētas.
Kosmiskās mutācijas un zemes pretestība
Kāpēc nosūtīt kolonijas staphylococcus kolonijas ISS? Atbilde uz jautājumu nešķiet acīmredzama, bet Nanobiosym vadītājs Anita Goelle, kas par to jautāja NASA, zina. 2017. gada 18. februārī kosmosā nonāca bīstami "pasažieri", un kampaņas mērķis bija izpētīt šo baktēriju mutāciju mehānismus un līdz ar to iegūt informāciju, kas palīdzēs attīstīt narkotikas uz Zemes.
Svarīgi, lai Staphylococcus aureus būtu rezistents pret daudzām antibiotikām un var izraisīt sepsi, asins infekcijas un pneimoniju. Iepriekšējos pētījumos sēnes auga ātrāk zem mikrogravitācijas, un Goelle ierosināja, ka tas varētu notikt ar baktērijām, kas mutē ātrāk. Tiek pieņemts, ka var parādīties mutācijas, ar kurām mēs vēl neesam pazīstami, un tas ļaus mums sākt strādāt pie piemērotiem medikamentiem, kamēr vajadzība pēc tām vēl nav radusies - izklausās vismaz pamudinoši.
Dzimums un bērnu dzimšana uz Marsa
Ja mēs runājam par Marsa kolonizāciju kā reālu, rodas ļoti svarīgs jautājums: ko darīt ar reprodukciju? Ir ļoti svarīgi ņemt vērā saules starojuma ietekmi uz dzimumšūnām, kas telpā ir simts reizes spēcīgāka nekā uz Zemes. Vēl viens svarīgs faktors ir mikrogravitācija, kas, kā minēts 1988.gadā, var paātrināt spermas kustību. Tomēr pirms trīsdesmit gadiem pētnieki nevarēja noteikt, vai tas ietekmē mēslošanas procesu.
2017. gadā viss mainījās, kad japāņu zinātnieki nosūtīja saldētus peles spermas paraugus, kas tika glabāti ISS deviņus mēnešus kosmosā. Kad tie tika atgriezti zemē, atkausēti un pēc tam izmantoti mēslošanai, izrādījās, ka kaitējums, kaut arī tas bija, bija minimāls. Rezultātā uzreiz parādījās deviņas "kosmosa" peles - diezgan normālas, bez anomālijām genomā vai attīstībā, kuras pašas varēja apaugļot un deva pilnvērtīgus pēcnācējus.
Šis eksperiments ļāva teikt, ka kosmoss ir diezgan piemērots mēslošanas videi. Vēl viena lieta ir tā, ka peles dzimušas uz Zemes, un spermatozoīdi tika uzglabāti ISS ne pārāk ilgi - un, ja šie apstākļi mainās, genoma modifikācija var kļūt nozīmīgāka. Pēc pētnieku domām, viņi plāno to pārbaudīt, tiklīdz būs iespēja.
Fotogrāfijas:NASA (1, 2, 3)
