Первоиспытатели «Бионов»

30 января 2022

Российский спутник «Бион-М» №1 для биологических исследований в космосе совершил полет в 2013 году. «Бион-М» №2 планируется отправить на орбиту на рубеже 2023–2024?гг. Заместитель директора по научной работе Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН Владимир Сычёв рассказал журналу «Русский космос», зачем сегодня нужны запуски беспилотных аппаратов с живыми организмами.

3 ноября 1957?года в нашей стране был запущен в космос первый в мире биологический спутник. Впервые в истории на околопланетной орбите побывало живое существо — собака по кличке Лайка. Исследования живых организмов в космосе продолжались и впоследствии. В нашей стране, в частности, они проводились на спутниках серии «Бион». Всего на данный момент выполнено двенадцать полетов таких аппаратов: одиннадцать совершены с 1973 по 1996 гг. на первых версиях «Биона», а в 2013?году слетал новый космический аппарат «Бион-М».

Каждый раз на спутнике выполнялось множество различных экспериментов, которые помогли создать систему профилактики для космонавтов, находящихся на орбите. Например, на «Бионе» №4 десять крыс находились в условиях невесомости, а еще двадцать располагались в центрифугах, непрерывно создающих искусственную гравитацию. На «Бионах» с 6-го по 11-й летали обезьяны.

***

— Владимир Николаевич, какие результаты были получены после исследования «пассажиров» «Биона-М» № 1 и зачем менять орбиту второго биоспутника этой серии?

— »Экипаж» космического аппарата «Бион-М» №1 был сформирован в ИМБП. В него вошли 45 мышей, восемь песчанок, 15 гекконов, улитки, ракообразные, рыбы и различные микроорганизмы. В течение 30 суток выполнено более 70 экспериментов. По результатам полета мы получили много информации, причем весьма своеобразной. Например, обнаружили серьезные изменения в головном мозге грызунов. Артерии животных, как и человека, не только доводят кровь от сердца до органов, но и регулируют давление — расширяются, сжимаются. Выяснилось, что у грызунов, находившихся в «Бионе-М» №1, одна из артерий, доставляющих кровь к головному мозгу, перестала сокращаться. Она все время была расширена. Это показало, что регуляция снабжения мозга кровью нарушилась. Всё время полета внутричерепное давление у грызунов было повышено.

Обнаружено также, что гены, кодирующие «мышечные» белки, снижают экспрессию не только в мышцах, но и в других органах, где мышц нет. Что это — защитная реакция на новую среду или воздействие невесомости, радиации, других факторов космического полета? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно изменить одну из составляющих полета. Невесомость мы изменить не можем, поэтому меняем радиационную нагрузку. Если поднять орбиту с 570?км до 800?км, радиационный фон будет в 10 раз выше, чем на первом «Бионе-М», и в 30 раз выше, чем на Международной космической станции (за сутки экипаж МКС, которая летает на высоте 450 км, получает дозу радиации, эквивалентную пяти-шести сеансам флюорографического исследования грудной клетки. — Ред.).

— Грызуны схожи с человеком по составу крови, структуре тканей, физиологическим реакциям. К чему могут привести выявленные вами изменения в организмах мышей, если перенести полученные данные на человека?

— Орбитальные космические полеты, которые сейчас совершают экипажи на МКС, не такие опасные для организма, поскольку мы научились купировать негативное влияние космоса на орбите Земли. Так что говорить нужно о более дальних странствиях. У мышей даже после полета на высоту 575?км резко снижается обучаемость и хуже становится реакция. При этом нужно отметить, что 30-суточный полет мышей эквивалентен двухгодовому полету человека.

Полученные выводы могут привести к следующему: если человек полетит на Марс, то, возможно, он уже не сможет быстро и грамотно отреагировать на какие-то стрессы, аварийные ситуации. От негативных факторов невесомости мы умеем его защищать с помощью специальных тренажеров, медикаментозных средств, тогда как от других неблагоприятных составляющих полета в дальний космос у нас пока нет защиты, потому что мы мало знаем об их влиянии на организм. Более полные прогностические оценки можно будет получить только после регулярных полетов за пределами орбиты Земли. Но не на человеке же пытаться это изучать!

Нужно продолжать программу биоспутников, запуская их на иные, более высокие орбиты и за пределы магнитосферы Земли. Кроме этого, современные методы позволяют нам проводить исследования на системном, органном, клеточном и молекулярном уровнях, дают возможность увидеть то, что мы не могли увидеть раньше или исследуя только человека.

— Имеет ли смысл проводить эксперименты с животными на МКС, как это было на «Мире»?

— На орбитальных станциях экспериментов с биологическими объектами было немного. По большей части они были связаны с изучением животных и растений с целью определить, насколько они могут быть включены в систему жизнеобеспечения при полетах в дальний космос. Биоспутники же дают возможность провести целый комплекс медико-биологических исследований. Например, в научной программе «Бион-М» №2 значится более двадцати экспериментов — целая научная лаборатория. Исследования такого объема на МКС потребуют на порядок увеличить затраты.

— На аппарате «Бион-М» №1 было 45 мышей. На втором планируется отправить 75. С чем связано увеличение количества грызунов?

— На первом «Бионе-М» у нас было по 15 мышей в каждой из трех установок. Одна группа грызунов погибла сразу из-за отказа оборудования. Из оставшихся 30 мы потеряли 14. Это на самом деле не так много, потому что отправляли самцов, а они очень агрессивны: попав в стрессовую ситуацию, загрызают друг друга.

— А почему нельзя было отправить самок?

— В их организме очень много защитных функций, которые купируют воздействие негативных факторов космического полета.

— Если так, то не лучше ли отправить в дальний космос женщин?

— Не исключено. Но пока недостаточно данных, чтобы конкретно что-то утверждать.

— В научной программе «Бион-М» №1 участвовали американцы, французы, немцы, корейцы. Есть ли от них заявки на продолжение исследований?

— Да, первый «Бион-М» вызвал большой научный интерес среди зарубежных партнеров. Была обширная совместная программа с немцами. К сожалению, их эксперимент с аппаратурой, имитирующей систему жизнеобеспечения рыб, оказался неудачным. Но немцы также участвовали и в послеполетном исследовании мышей. Французы делали системы для получения прижизненной физиологической информации с датчиков, вживленных в грызунов (давление, частота пульса и т.п.).

Когда речь зашла о втором «Бионе-М», начались переговоры с французами о разработке такой же системы для нового биоспутника. Подписано соглашение, идут работы по созданию необходимого оборудования. Но надо понимать, что сам полет — только начало пути. Основные результаты будут получены в ходе послеполетных исследований.

У нас есть 40 заявок на проведение послеполетного анализа. При этом и российские, и зарубежные ученые предполагают распределять между участниками не мышей, а биоматериал, получивший наибольшее воздействие от факторов космического полета (мозг, сердце, половые органы, мышцы, костный мозг, селезенка, артерии). Желающих участвовать в послеполетных исследованиях очень много. Например, на сердце подано 260 заявок, а с учетом возможной гибели животных и 75 мышей не хватит, чтобы максимально удовлетворить все запросы.

В настоящее время формируется программа послеполетных исследований. Уже сейчас очевидно, что применительно к некоторым тканям количество запрашиваемых участниками проекта образцов существенно превышает их возможное число, даже при самых благоприятных исходах полетного эксперимента. С целью обеспечить ученых запрашиваемым материалом, планируется обрабатывать ткани в ИМБП (например, выделять РНК) и распределять между рабочими группами подготовленные образцы, а не исходные ткани. Это позволит существенно увеличить объем исследований и научную отдачу.

— Какую научную аппаратуру готовит ИМБП для предстоящего полета «Биона-М» №2?

— Мы делаем систему, позволяющую вырабатывать электрический ток с помощью микробов, контейнеры для дрозофил, систему радиодетекторов, специальные контейнеры для экспонирования биологических объектов на внешней поверхности спутника. Кроме того, создаем оборудование для эксперимента «Метеорит» по оценке вероятности занесения жизни на Землю из космоса: в оболочку спускаемого аппарата встраиваются гранитные диски с различными микроорганизмами, а после полета их снимают и проверяют, какие штаммы микроорганизмов выжили.

Мы уже делали подобный эксперимент на первом «Бионе-М» и четвертом «Фотоне-М». И некоторые штаммы микробов выжили. Каждый раз выявляются какие-то новые факты, требующие дополнительных опытов. Поэтому нужна программа, позволяющая шаг за шагом искать ответы на возникающие вопросы.

— Возможно, скоро нас ждет выход за пределы земной орбиты. Для медико-биологических исследований совместного влияния факторов межпланетного полета на живые организмы создается лаборатория «Возврат-МКА». Кого планируют отправить в космос на новом аппарате и на какую высоту?

— По поводу высоты обсуждаются разные варианты: до 200?тыс.км, то есть далеко за пределы низкой околоземной орбиты, через радиационные пояса и выше. Конечно же, это будут эксперименты с хорошо изученными на Земле животными. Аппарат будет небольшой. РКЦ «Прогресс» уже просчитал варианты. Получается, мы можем обеспечить в нем нахождение в течение 30 дней двадцати мышей и примерно 50?кг другой полезной нагрузки.

Однако один полет опять же не даст полной информации, поэтому мы надеемся, что запусков «Возврата-МКА» будет несколько. Не зря в СССР программа биоспутников была серийной — полученные результаты становились понятны на основе статистики. Аппараты серии «Бион» запускали каждые два года, а сейчас у нас между полетами разница десять лет. И выходит: получили результаты, появились вопросы, а найти оперативные ответы на них без новых полетов не получается.

С помощью аппаратов «Возврат-МКА» мы сможем исследовать совокупное воздействие на животный организм новых факторов космического полета, таких как измененная гравитация, гипомагнитная среда, другие дозовые нагрузки с иными источниками радиационного воздействия на организм.

источник - https://www.roscosmos.ru/33935/