Опасен ли космос для человека?

Наступил 1957 год. Запуском в СССР первого искусственного спутника Земли началась эпоха космических полетов. В 1961 году человек вырвался из объятий родной планеты и устремился в просторы Вселенной. Им был гражданин Союза Советских Социалистических Республик Юрий Алексеевич Гагарин.

Мы, ученые-генетики, должны были выяснить, как повлияет полет на клетки космонавта, не принесет ли вреда. Мы обязаны были сделать все возможное, чтобы обезопасить его. А для этого было необходимо не в теории, а на практике проверить действие космических полетов на живые организмы.

Наследственность, как уже говорилось раньше, связана с молекулярными структурами в клетках. Это, естественно, требует особого подхода к ее изучению. В свое время В. И. Вернадский считал, что частицы, близкие по величине к молекулам, выходят из-под власти тяготения, они подвергаются уже действию молекулярных сил. Расчеты американца Е. С. Полларда показали, что невесомость влияет на внутриклеточные компоненты, если их энергия выше энергии броуновского движения.

Опираясь на эти данные, японский ученый С. Кондо высказал гипотезу, что такие малые частицы, как ДНК бактерий, ускользают от влияния сил тяготения, а хромосомы в клетках дрозофилы находятся на той грани, когда такое влияние может и проявиться и не проявиться. Хромосомы же человека, животных и растений должны подвергаться действию сил тяготения.

В 1961 году, до полета человека, в космос были отправлены дрозофилы, мыши, семена растений и микроорганизмы. Перед учеными стояла конкретная задача: определить, как влияют космическая радиация, невесомость, вибрации и ускорение на наследственные структуры в клетках организмов. Это и последующие исследования показали, что при кратковременных космических полетах не происходит сколько-нибудь заметного нарушения в генетической информации, записанной в молекулах ДНК в хромосомах клеток.

Нам было известно, что медики и физиологи убедились в безопасности космических полетов для живых существ с помощью опытов.

С большим волнением вместе с медиками и физиологами я тогда подписывал документ, открывающий, с медико-биологической точки зрения, дорогу в космос Ю. А. Гагарину, а затем и другим космонавтам...

В космической биологии и генетике, как ни в одной другой науке, ярко и наглядно проявлялась зависимость от технического прогресса. Судите сами. Изучение верхних слоев атмосферы с помощью воздушных шаров поставило перед биологами вопрос о влиянии на организмы космической радиации. Старты первых ракет ввели в сферу научных интересов такие динамические факторы полета, как вибрации, перегрузки, шумы. Запуски спутников позволили заглянуть в мир невесомости.

После проведения первых же опытов по влиянию факторов космического полета на наследственность стало ясно, что формируется новая область науки, которая затем получила название космической генетики.

Наши живые объекты летали на пилотируемых космических кораблях "Восток", "Союз", искусственных спутниках серии "Космос", несколько раз облетали Луну на станциях "Зонд". Сегодня уже накоплен опыт участия космонавтов в генетических экспериментах.

И можно прямо сказать, что космонавты стали хорошими помощниками ученых-генетиков.

На корабле "Восток" мыши, дрозофилы, семена растений, культура тканей человека и бактерии летали вместе с Юрием Гагариным. На "Востоке-3" Андриян Николаев проводил опыты с дрозофилой и произвел фиксацию бутонов растения традесканции. На "Востоке-4" Павел Попович экспериментировал с дрозофилой и с растениями. На "Востоке-5" Валерий Быковский фиксировал растительный материал. В 1970 году на "Союзе-9" Андриян Николаев регулировал доступ света к опытным посевам одноклеточной водоросли хлореллы. Петр Климук в одном из своих полетов обнаружил, что семена гороха прорастают в космосе несколько иным образом, чем на Земле. После набухания они выпускают корешок не в почву, как "привыкли" делать это на родной планете, а в воздух, как бы идя по пути наименьшего сопротивления. Лишь необходимость получать питательные вещества заставляет потом корешки опуститься в почву.

Замачивание семян, фиксация проростков растений и икры рыб на разных стадиях развития личинки позволили увидеть, как протекает деление клеток и развитие зародышей в условиях невесомости.

Например, эксперимент "Эмбриональное развитие рыб", который проводился советскими космонавтами на "Союзе-19", имел целью проследить, как непосредственно сказывается невесомость на развитии икры аквариумных рыбок Данио рерио. Их сородичи уже побывали в космосе на "Союзе-16". Там изучалось формирование вестибулярного аппарата мальков. На Земле с его помощью все живое "с детства" привыкло различать верх и низ. В космосе эти понятия, как мы уже говорили, отсутствуют, что, как оказалось, вносит заметные изменения в строение органов ориентации. Глубже и подробнее познать механизм этих изменений - такова была цель эксперимента, проведенного на "Союзе-19".

Данио рерио неприхотливы в содержании и разведении, да и икру у них можно получать в любое время года. В частности, это и было сделано всего за сутки до старта "Союза-19". Оплодотворенные икринки вплоть до того момента, как "поселиться" на борту корабля, хранились при пониженной температуре, что замедлило их развитие. Ведь оно должно идти в полете - главным образом на орбите, то есть в состоянии невесомости.

Алексей Леонов и Валерий Кубасов доставили на Землю как законсервированных по окончании полета, перед самым спуском, мальков, так и живых. Препараты были подвергнуты тонким анатомическим исследованиям.

В эксперименте "Рост микроорганизмов" изучалось влияние невесомости на жизнедеятельность одноклеточных. Культура микроба-космонавта - протея обыкновенного - была высеяна на полужидкую питательную среду. В нее добавлялся индикатор, который под действием продуктов жизнедеятельности микроорганизма менял свой светло-желтый цвет на красный. Увеличение окрашенной площади говорило о росте и распространении культуры протея в питательной среде. На прибор была нанесена шкала с делениями. Дважды в сутки космонавты проводили на ней замеры и делали соответствующую запись в бортовом журнале. А позже, после возвращения с орбиты, исследования были продолжены учеными.

На борту "Союза-19" изучалось также влияние космических факторов и на представителей зеленого царства: одноклеточную водоросль хламидомонаду и цветковые растения крепис и арабидопсис. Эксперимент с ними был словно бы разделен пополам, на два варианта. В первом водоросль и сухие семена растений совершали полет в покоящемся состоянии и лишь на Земле попали в условия, благоприятствующие делению клетки и прорастанию. Ученых в данном случае интересовало, как сказывается на развитии растений космическое путешествие.

Во втором варианте набухание и прорастание семян шло на орбите - в невесомости и при прочих космических воздействиях. В полете проросшие стебельки были так закреплены, чтобы перегрузки при посадке корабля на них не повлияли. В лаборатории ученые потом сравнили ход развития организмов в "космическом" и контрольных земных вариантах. Анализировалась частота возникновения "поломок" наследственного аппарата клетки.

Исследования показали, что космические факторы способствуют более частому появлению изменений и нарушению нормального хода клеточного деления.

Два биологических эксперимента проводились совместно советскими и американскими космонавтами. Это - "Микробный обмен" и "Зонообразующие грибки". В ходе первого - космонавты взяли мазки микробной флоры друг у друга, а также из разных мест кораблей "Союз" и "Аполлон". Это делалось до и после полета.

Для чего проводился такой эксперимент? Дело в том, что в изолированной системе космического корабля между микробами и человеком устанавливаются совершенно новые взаимоотношения. Вполне может случиться и так, что безвредные на Земле бактерии на новом фоне станут болезнетворными. Уберечь будущих участников длительных космических экспедиций от нежелательного "перерождения" безобидных вначале микроспутников - таков был конечный смысл этого эксперимента.

Опыт с зонообразующими грибками, удобным объектом для наблюдения процессов роста, предложили советские ученые. Его главная задача: изучить влияние космической радиации и прочих факторов полета на жизнедеятельность грибков, а также на суточный ритм их развития.

Воздействию на организм космических частиц высоких энергий были посвящены также два эксперимента, которые проводились американскими космонавтами во время автономного полета "Аполлона".

Это - изучение реакции клеток сетчатки глаза человека на частицы, а также исследование влияния тяжелых ионов на семена растений и икру креветок.

Опыты по биологическому действию частиц высоких энергий также имеют большое значение для будущего звездоплавания. Эти частицы, как показали многочисленные эксперименты, могут вызвать гибель клеток или наследственное перерождение их. Некоторые данные позволяют считать, что при длительных полетах, предположим к другим планетам, ими может быть поражено до 10 процентов клеток в теле человека. Это, естественно, приведет к серьезным последствиям, особенно для нервной системы. Верны ли эти не очень-то радостные предположения? Какие способы защиты необходимы, чтобы обезопасить все живое, находящееся на корабле, от космической радиации? Ответ на эти вопросы и ищут ученые, посылая в космическое пространство не только людей, но и многочисленные препараты, приборы.

Тесную логическую, связь с совместным советскоамериканским экспериментом "Микробный обмен" имел и самостоятельный опыт американского экипажа "Иммуноустойчивость клеток". В процессе его определилось влияние факторов полета на сопротивляемость организма внешним инфекциям. Технически он сводился к анализам крови до и после полета.

С очень большим интересом и пониманием проводили биологические исследования на "Салюте-6" Юрий Романенко и Георгий Гречко. На борту станции из оплодотворенных икринок в расчетное время вывелись головастики. Момент образования у них вестибулярного аппарата был зафиксирован экипажем. Здесь же проводились опыты и с дрозофилой. Двухдневные личинки дрозофил в контейнере с питательной средой были доставлены на станцию в специальном термостате "Биотерм-4", исключающем влияние случайных факторов. В нем поддерживалась постоянная температура - плюс 24 градуса. Там личинки превратились в куколок, из которых со временем вылетели мухи. Они отложили яйца на свежую питательную среду. Новое поколение в условиях невесомости прошло все стадии развития. Эти мухи и их потомки были переданы в лабораторию для анализа влияния факторов космического полета на наследственные системы насекомых. Так как уровень мутаций на этом объекте уже давно хорошо изучен генетиками, мушка служит как бы тончайшим дозиметром, оценивающим действие факторов космического полета на наследственность.

Особая методика позволяет ученым и экспериментаторам накопить мутации, возникшие в поколениях, появившихся в космосе, что дает более полную картину для последующего изучения их на Земле.

В большинстве подобных экспериментов без плодовой мушки дрозофилы просто невозможно было обойтись. Многие ученые поняли, что она является отличным объектом для наблюдений. Произошла, если можно так выразиться, общественная реабилитация столь поруганной в свое время знаменитой плодовой мушки, классического объекта генетиков.

Большое значение для всесторонней оценки генетического влияния на живой организм имеет также исследование не только прямых, но и потенциальных изменений в генах и хромосомах. Речь здесь идет вот о чем. В опытах с семенами растения крепис и семенами ячменя было открыто замечательное явление. Оказалось, что в семенах, которые после полета подвергались дополнительной обработке этиленамином, возникало необычно большое число различных перестроек хромосом. Это показало, что условия космического полета сами по себе могут и не изменять структуры хромосом, но тем не менее повышают их чувствительность к действию другого мутагенного фактора. То есть они как бы снимают с хромосом невидимую броню, приглушают их защитную реакцию.

В опытах на станциях "Салют" в качестве фактора, провоцирующего появление потенциальных изменений, чаще всего выбирались гамма-лучи. Часть семян, отправляемых в полет на борту орбитальных научных станций, предварительно облучали большой дозой гамма-лучей. Часть же необлученных до полета семян получала ту же дозу после завершения полета.

Это помогло ученым ответить на важные в теоретическом и практическом отношении вопросы: в какой мере предварительное воздействие большой дозы радиации создает условия для усиления мутагенного влияния невесомости на наследственность и, наоборот, в какой мере длительное пребывание в состоянии невесомости усиливает генетическую опасность последующего воздействия радиации.

Оба эти эксперимента служат как бы своеобразной моделью влияния на организмы вспышек галактического излучения во время длительных полетов космических кораблей.

На борту "Салюта-6" проводился и проводится целый ряд других наблюдений. Среди них и совместный советско-французский эксперимент "Цитос" с одноклеточными организмами.

Для выращивания в орбитальных полетах высших растений, таких, как лен, хибинская капуста и другие, а также культивирования некоторых видов микроорганизмов были сконструированы установки типа "Оазис", успешно действовавшие на борту космических станций и некоторых космических кораблей. В Институте общей генетики АН СССР установлено, что семена, испытавшие действие невесомости, оказались более чувствительными к факторам, вызывающим мутации. В США отмечено, что у самцов дрозофилы увеличивается число наследственных изменений при облучении их перед полетом. Н. Д. Делоне на клетках растений традесканции в экспериментах на космических кораблях "Восток- 3" и "Восход" обнаружила нарушения в поведении хромосом при делении клетки. В экспериментах американских ученых у жука триболиум, облученного в невесомости, увеличилось число ненормальностей при развитии и частота мутаций.

Полет орбитальной станции "Салют-6", стыковка с ней космических кораблей "Союз" и "Прогресс" стали принципиально новым этапом в изучении и практическом освоении Вселенной. Ученые возлагают большие надежды на подобные "звездные грузовики", с помощью которых можно оперативно расширить программу намеченных исследований. И первейшая задача наших ученых - специалистов по космической медицине, биологии, генетике - принять самое активное участие в решении многих сложных космических проблем.

Работы советских ученых, подтвержденные опытами американских исследователей, привели к выводу о том, что факторы космического полета все же оказывают определенное генетическое влияние. Может несколько повыситься частота появления мутаций - биохимических изменений наследственной единицы - гена, ведущих к нарушению какого-либо признака и перестройке хромосом, также влияющих на наследственность.

У некоторых космонавтов был зарегистрирован ряд послеполетных физиологических изменений. Отмечены нарушения в сенсорно-моторном, вестибулярном и нервно мышечном аппаратах, координации движения и регуляции вертикальной позы.

У Валентины Терешковой и Валерия Быковского после космического полета поглощение кислорода в течение 8 - 10 часов увеличилось на 50 процентов. У ряда космонавтов отмечалось уменьшение объема плазмы крови, массы кровяных телец, изменения в деятельности сердечно-сосудистой и эндокринной систем и многие другие нарушения. К счастью, как мы и ожидали, все эти изменения, вызванные пребыванием в невесомости, оказались обратимыми, и нормальное функционирование организма довольно быстро восстанавливалось.

Эра космических исследований открыла людям возможность жить и работать в космосе. И наша наука, опираясь на добытые ею знания и последние достижения, делает все, чтобы полеты космонавтов стали как можно более безопасными.

Биологические и генетические исследования, проведенные и проводимые в космическом пространстве, не только представляют очень большой интерес для науки, но и имеют первостепенное значение для обеспечения во Вселенной работоспособности человека. Эксперименты и опыты, поставленные на орбитах с помощью наших космонавтов, и дальнейшее изучение полученных результатов позволят в конечном итоге ученым-генетикам скрепить своей подписью документ, разрешающий будущим космонавтам путешествие к другим планетам, так как мы будем уверены: сделано все необходимое, чтобы обезопасить человека, оградить его наследственность от любых вредных влияний длительного пребывания в космическом пространстве, создана замкнутая, устойчивая экологическая система в космических кораблях.