Космические салаты и йогурты: шаг к здоровому питанию в полете

Олег Кононенко

Эксперимент "Биомаг-М" направлен на изучение влияния радиации и микрогравитации на свойства микроорганизмов. Объектами исследований являлись бактерии, способные разлагать нефть и другие токсичные вещества (биодеструкторы), и грибы — продуценты биостимулятора роста растений. Обе культуры незаменимы в будущих долгосрочных космических миссиях.

Эксперимент был разделен на два этапа. На первом этапе — адаптации — использовалась научная аппаратура "Фактор". Она представляла собой своеобразный "космический инкубатор" — термоконтейнеры с чашками Петри и пробирками, где микроорганизмы культивировались на плотных и жидких питательных средах. Главной задачей было понять, как микробы ведут себя в условиях постоянного геомагнитного поля МКС и микрогравитации, и отработать методики их выращивания на орбите.

Второй, более сложный этап, проводился с помощью аппаратуры "Биомагнистат-Ф". Ее ключевой элемент — магнитоизолирующий контейнер — экранирует внутреннее пространство от магнитного поля Земли, создавая для микроорганизмов уникальные условия, аналогичные глубокому космосу.

Анализ микроорганизмов по возвращении на Землю показал, что и бактерии, и грибы хорошо развивались как на поверхности питательной среды, так и в жидкой суспензии. Их форма, размер, а также структура колоний практически не изменились. Однако анализ на генетическом уровне выявил, что у штаммов, побывавших в космосе, появились генетические различия по сравнению с контрольными. Вероятно, они являются следствием стресса, пережитого культурами в непривычных условиях. Такой стресс заставляет организмы адаптироваться и зачастую приводит к проявлению полезных свойств. Следующая задача ученых — научиться использовать эти свойства для создания уникальных биотехнологий.

В ходе эксперимента "Биотрек" изучалось влияние сочетания микрогравитации и потоков тяжелых заряженных частиц космического излучения на генетический аппарат клеток. В отличие от ранее проводившихся аналогичных экспериментов, для "Биотрека" использовалась аппаратура со специальными датчиками, которые в режиме реального времени регистрировали каждую тяжелую частицу и измеряли общую дозу радиации. Это позволило связать каждое генетическое изменение с конкретным "радиационным событием".

В эксперименте участвовали биообъекты разного уровня сложности — от бактерий и дрожжей до растительных и животных клеток. На борт МКС доставляли специальные емкости с рекомбинантными штаммами микроорганизмов, способными производить нужные человеку вещества. Культуры провели на орбите от нескольких дней до шести месяцев под непрерывным воздействием радиации и невесомости.

В результате эксперимента были выделены бактериальные и грибные культуры с улучшенными свойствами, которые были внесены в банк культур, прошли лиофильную сушку (щадящую заморозку) и теперь хранятся как ценный биотехнологический ресурс для будущих исследований и применений.

В условиях космического полета защита иммунитета и поддержание здоровой микрофлоры кишечника космонавтов пробиотиками становятся критически важными. В рамках поиска решения этой задачи проводился эксперимент "Пробиовит" с целью разработки простой и удобной технологии получения активного лечебно-профилактического продукта с иммуномодулирующими свойствами в условиях невесомости.

Вся сложная подготовка была проведена на Земле. Посевной материал был превращен в сублимационно высушенные пористые таблетки пробиотика. Питательная среда также была сублимирована и измельчена в однородный сухой порошок. Оба компонента были смешаны в оптимальной пропорции в сухую двухкомпонентную смесь.

Затем на орбите в сухую смесь добавлялась вода, емкость помещалась в термостат, и после нескольких часов культивирования получался кисломолочный пробиотический продукт. После возвращения на Землю образцы этого продукта прошли проверку в лабораториях. Ученые сравнивали их с контрольными образцами, приготовленными на Земле. Данные анализа подтвердили, что продукт, полученный на МКС, сохранил все ключевые пробиотические свойства.

Космическая зелень? Прекрасно, и пользы от нее гораздо больше, чем кажется на первый взгляд. Во-первых, растения — это идеальные природные фабрики. Они поглощают углекислый газ, вырабатывают кислород, перерабатывают отходы и производят пищу.

Во-вторых, это вкусный дополнительный источник витаминов в полете. Даже самые совершенные концентраты и консервы не заменят свежей зелени. Наконец, уход за живыми растениями, наблюдение за их ростом и цветением — мощный инструмент для психологической разгрузки экипажа.

Растения, выращенные в оранжерее "Лада"

Для этого российские ученые создали уникальную космическую оранжерею "Лада". Она представляет собой высокотехнологичный комплекс с компьютерным управлением, который автоматически регулирует освещение, подачу воды и питательных веществ к корням, влажность и состав воздуха. Ее модульная конструкция позволяет гибко менять эксперименты.

На борту МКС в оранжерее "Лада" успешно росли, цвели и давали урожай различные растительные организмы — листовая салатная культура мизуна, овощные культуры карликовых помидоров, редис, пшеница и ячмень, карликовый красный и белый горох. Эксперимент подтвердил способность современных оранжерей поддерживать жизнь растений в космосе на протяжении многих поколений. При соблюдении правильных условий (чистый воздух, вода, свет) гравитация не является критическим фактором для роста и развития многих видов растений.

На Земле сила гравитации заставляет корень растения расти вниз, а стебель — тянуться вверх, к свету. Что произойдет, если эти силы убрать? Ответ на этот вопрос помог найти эксперимент "Ряска" с использованием одноименной обитательницы прудов.

Ряску помещали в сосуд с тремя камерами, содержащими воду и воздух, а затем космонавт его встряхивал. Это создавало первоначальный беспорядок, смешение растений, воды и пузырьков воздуха. После встряски сосуд устанавливался на штатив неподвижно. В невесомости "хаос" превращался в "космос": мелкие пузырьки воздуха сливались в более крупные, стремясь образовать единый пузырь с четкой границей между водой и воздухом. И тут начиналось самое интересное: у растения, лишенного привычного ориентира в виде силы тяжести, было два главных ориентира — свет и граница раздела фаз "вода — воздух", управляемая силами поверхностного натяжения.

Ряска не росла хаотично, а однозначно ориентировала свой листец (зеленую пластину) к воздуху, а корешок — к воде. При этом свет остался ключевым фактором. Растения активно тянулись к источнику освещения. Ученые заметили нехарактерное удлинение корней у космической ряски. Вероятно, в невесомости исчезла сила плавучести, которая на Земле механически ограничивает рост корня.

Таким образом, был сделан вывод о том, что у растений есть сложная система "принятия решений" для ориентации в пространстве, где гравитация лишь один из факторов, и не всегда главный.

"Витацикл-Т" — это не просто грядки, а космическая конвейерная оранжерея. Если ее предшественницы — простые оранжереи, после сбора урожая нужно очищать, заново засеивать и ждать появления новых растений, то в "Витацикле-Т" производство непрерывное. Он представляет собой вращающийся цилиндр, на поверхности которого высажены растения. Такая конструкция значительно повышает выход биомассы на единицу занимаемого пространства и энергии по сравнению с оранжереями традиционной плоской компоновки.

В эксперименте используется инновационный метод реверсивной водоподачи через специальные пористые трубки и волокнистый субстрат. Эта система более надежна, безопасна и требует меньше датчиков и контроля, чем ее аналоги. Она сама регулирует увлажнение и аэрацию, не давая корням растений "задохнуться" или "утонуть". Все данные в режиме реального времени передаются на Землю для анализа.

Разработанные в рамках эксперимента технологии — умные системы полива, компактные цилиндрические модули, долговечные субстраты — являются ноу-хау и могут найти применение на Земле, например в вертикальных фермах мегаполисов.

Перечисленные эксперименты представляют собой целостную программу превращения космической станции из "склада" в "фабрику" — самоподдерживающуюся экосистему, способную производить все необходимое для жизни. Эксперименты дополняют друг друга. Так, новые штаммы бактерий "Биомага" могут быть использованы в "Витацикле-Т" для более эффективного производства витаминов, а технологии культивирования из "Витацикла-Т" могут быть адаптированы для "Пробиовита" (выращивание полезных бактерий прямо на станции). Результаты "Биотрека" помогают интерпретировать данные по стабильности культур в "Ряске". 

Мнение редакции может не совпадать с мнением автора. Использование материала допускается при условии соблюдения правил цитирования сайта tass.ru