В конце осени прошлого года в Доме ученных СО РАН состоялось очередное заседание Клуба межнаучных контактов, которое было посвящено развитию космических технологий в России. В основном поднимались узкотехнические вопросы. Однако своего рода «вишенкой на торте» стало выступление заместителя директора по научно-технической работе Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН Александра Захаренко. Его выступление было посвящено перспективам биотехнологий применительно к освоению космоса. Образно говоря, речь шла о «яблонях на Марсе», которые должны там зацвести в далеком будущем.
Данная тема будоражит воображение уже нескольких поколений наших соотечественников (и не только наших соотечественников). Судя по реакции зала, интерес к ней не снижается и по сей день. Самое интересное, что исследования по этой теме не останавливаются, и сибирские ученые-растениеводы также вносят сюда свою лепту, причем, весьма существенную. Конечно, до яблонь еще далеко, но процесс идет.
Несмотря на то, что СФНЦА РАН был организован для решения сугубо земных задач (причем, чисто прикладных), космическая тема не обошла его стороной. По словам Александра Захаренко, растениеводство в космосе имеет два серьезных обоснования. Во-первых, необходимо найти способ обеспечения питания космонавтам на период продолжительных полетов в межпланетном пространстве. Во-вторых, этим делом придется заниматься в случае колонизации других планет, организовывая там станции длительного пребывания. Для этого во внеземных условиях необходимо создавать соответствующие экосистемы. Но прежде чем их создать, требуется уже сейчас понять, какие биологические сообщества нужно продуцировать в таких условиях. Растения в данном случае являются первичным этапом такой структуры. Это могут быть как микроводоросли, так и хорошо известные зернобобовые культуры.
Александр Захаренко напомнил, что впервые в космосе побывали семена кукурузы, куда они были запущены на ракете «Фау» еще в 1946 году. После этого была исследована их способность к всхожести. С тех пор, отметил ученый, было проделано множество подобных исследований, когда ученые пытались таким путем выявить выживаемость семян, особенность их роста, а также понять влияние космических экстремальных условий на генетику растений. По гороху, например, уже получено несколько поколений, непрерывно выращиваемых в космосе.
В ходе таких экспериментов было показано, что эффекты гравитации не играют решающей роли. Основное внимание сейчас уделяется выявлению устойчивости состояний модельной замкнутой экосистемы и звеньев, в нее входящих, в условиях космических полетов. Параллельно осуществляется исследование консорциумов, необходимых для формирования чернозема. Интересно замечание. Как сказал Александр Захаренко, если встанет вопрос о колонизации Луны, то такое растение, как люцерна, может хорошо развиваться на лунном грунте, в состав которого входит большое количество реголитов. Здесь есть очень важный момент, касающийся стабильности создаваемых экосистем. Так, очень важным свойством для стабилизации экосистемы обладают природные полимеры (например, полисахариды). Ведь чем отличается земной грунт от лунного? Тем, что в земном грунте много органики, стабилизирующей систему (это касается перепадов температур, изменений важности и т.д.). Указанный момент очень важно учитывать при формировании экосистем в неземных условиях.
Есть и другие аспекты биотехнологий и растениеводства в космосе. Это касается, например, исследований влияния потоков тяжелых заряженных частиц космического излучения на генетические свойства клеток растений, а также на уровень экспрессии важных качественных характеристик белка. Также речь идет об изучении влияний факторов устойчивости к условиям длительного космического полета на мутационный процесс и жизнеспособность исследуемых организмов. Сюда же включается интерпретация геномных, протеомных, транскриптомных, микробиомных и иных данных в целях перехода к направлению селекции для условий дальнего космического полета.
В 2021 году специалисты СФНЦА РАН, совместно с коллегами из ИМБП РАН, приняли участие в эксперименте «БИОРИСК», цель которого заключалась в том, чтобы изучить изменения параметров на молекулярном уровне побывавших в космосе семян нескольких культур. Как мы понимаем, ученые в состоянии создать искусственные модели, проверив всё это дело в лабораторных условиях. В нынешнее время можно даже подключить к исследованиям компьютерные модели, изучив процесс в «цифре». Естественно, такая работа ведется. Однако, как заметил Александр Захаренко, ученым важно сопоставить искусственные модели с данными эксперимента, проведенного в реальных космических условиях.
Именно наличие таких данных, по словам Александра Захаренко, позволит начать селекцию пищевых растений в «космическом» направлении. То есть для получения форм, которые будут выращиваться во внеземных условиях. Как заметил ученый, некоторые характеристики, ненужные растениям в земных условиях, сохраняются лишь у некоторых диких видов, растущих в очень неблагоприятных местах (например, высоко в горах). Вполне может быть, что эти адаптивные системы необходимо будет добавлять в культурные растения для повышения их устойчивости. К сожалению, по ряду культур пока еще не получается вывести жизнеспособные семена. Если по гороху здесь всё хорошо, то другие культуры приходится размножать вегетативно. Иногда они дают семена, однако, лишенные всхожести.
Что касается упомянутого эксперимента с отправкой в космос семян, то они будут получены учеными только в следующем году. Ясно, что рассуждать о результатах здесь пока еще рано. Тем не менее, у кого-то может возникнуть скептическое отношение к подобному космическому замаху: мол, у нас на Земле проблем невпроворот, а вы тут про «яблони на Марсе».
На самом же деле, как нетрудно догадаться, подобные исследования имеют вполне земные приложения. Не важно, будут ли сеять рожь и горох на других планетах или на дальних космических станциях. Однако совершенно понятно, что «космическое» направление селекции расширяет наши знания об адаптации растений к неблагоприятным условиям. А если учесть, что условия на Земле меняются не в лучшую сторону, новые знания будут очень востребованы при выведении высокоустойчивых сортов или для интродукции растений.
Мы уже не говорим о том, что в ходе таких экстраординарных экспериментов вполне могут обнаружиться какие-либо эффекты, ранее непрогнозируемые. Подобные «сюрпризы» у исследователей возникают не так уж редко, что дополнительно подпитывает научный прогресс. Именно поэтому развитие биотехнологий применительно к космическим программам рано или поздно даст свои полезные результаты для земной жизни. А значит, бесполезными они не могут быть в любом случае – независимо от того, верите ли вы в колонизацию Марса или нет.
Олег Носков
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии