Эксперимент "Тест", в рамках которого космонавты с различных поверхностей снаружи Международной космической станции отбирают мелкодисперсный осадок, проводится уже почти 15 лет. На Земле доставленные образцы изучают ученые и выясняют, есть ли на поверхности МКС микроорганизмы, сохранившие жизнеспособность, и как они туда попали. Об этом, а также о том, как далеко от Земли может существовать жизнь, как микроорганимы влияют на долговечность рукотворных космических конструкций, а также о том, что жизнь могла быть не занесена на нашу планету из космоса, а наоборот, Земля распространяет жизнь в космическое пространство, главный специалист ЦНИИмаш Елена Шубралова рассказала в интервью специальному корреспонденту РИА Новости Денису Кайырану.
– Почему эксперимент "Тест" реализуется именно на внешней поверхности МКС?
– Знания, имеющиеся у человека на сегодняшний день, не позволяют думать о жизни, которая возникла на Земле и сосредоточена только в биосфере нашей планеты. Главный вопрос, на который мы пытаемся ответить с помощью эксперимента "Тест", – это есть ли граница биосферы Земли? Для этого важно было получить представление о том, сохраняют ли жизнеспособность микроорганизмы в условиях открытого космического пространства, а также насколько химически агрессивной может быть окружающая среда, могут ли микроорганизмы путешествовать в космосе, что осаждается на поверхности МКС и как может воздействовать на материалы станции.
Практика эксплуатации орбитальных стаций за 50 лет показала, что внутри их герметичного объема микроорганизмы прекрасно выживают. В отечественных и зарубежных экспериментах на внешней поверхности МКС микроорганизмы, размещенные в специальных устройствах в открытом космосе, также сохраняют жизнеспособность. Однако там экспонируемые биообъекты защищены, что не соответствует воздействию полного комплекса факторов открытого космоса и в частности агрессивного влияния околообъектовой среды.
Внешняя поверхность модулей МКС и ее конструктивных элементов составляет почти 8,5 тысячи квадратных метров и является идеальной экспериментальной базой, доступной для изучения всей полноты состава мелкодисперсного вещества, осаждающегося на ее поверхности, включая бактерии и споры грибов, жизнеспособных в агрессивной среде околообъектового пространства. Начиная с 2010 года в рамках эксперимента "Тест" на Землю регулярно доставляются пробы космической пыли в ее естественном состоянии с внешней поверхности Российского сегмента МКС.
Эксперимент проводится ведущими организациями госкорпорации "Роскосмос" ЦНИИмаш и Ракетно-космической корпорацией (РКК) "Энергия" при участии Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН, НИЦ эпидемиологии и микробиологии имени Гамалеи, Медицинского института РУДН, Учебно-научно-производственного комплекса МФТИ, Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН, а также Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ).
– Космическому эксперименту "Тест" более 10 лет. Почему он так долго проводится на МКС?
– За время проведения сеансов было отобрано 39 проб на различных модулях, с различных поверхностей и материалов, экранов терморегулирования, экранно-вакуумной теплоизоляции, иллюминаторов, в зонах, смотрящих на Землю и от Земли, на боковых поверхностях, различных по освещенности и набегающему потоку. Работа большая, требуется много времени, а выход в открытый космос длится шесть-семь часов и всего их бывает два-три в год.
– Какие виды анализа проводятся на полученных материалах? Что делают с пробами на Земле?
– "Тест" дает возможность проведения биологического и химического анализов на одном доставленном материале. Прибор для эксперимента реализован в виде гермоблока с двумя глухими полостями, в которые ввернуты цилиндрические пробоотборники с тампонами, обработанными консервантом. Пробы гермоизолируются в вакууме за бортом в стерильные емкости и доставляются на Землю для лабораторных исследований химического состава осадка и наличия в нем жизнеспособных спор микроорганизмов.
Для лабораторных анализов полученных проб привлекаются специалисты из различных отраслей науки, обладающие соответствующими методиками в области микробиологии, молекулярной биологии, физики и космохимии, материаловедения.
– Какой процент из общего числа исследуемого материала составляют "живые" бактерии и грибы?
– Сохранившие жизнеспособность споры микроорганизмов были обнаружены уже в первом сеансе отбора проб в 2010 году. В результате микробиологического анализа жизнеспособные споры микроорганизмов были выявлены в 50% проб, молекулярный (генетический) подтвердил наличие ДНК и их фрагментов в 75% проб. Были выявлены фрагменты ДНК Mycobacteria гетеротрофного морского бактериопланктона, обитающего в Баренцевом море, ДНК экстремофильной бактерии Delftia, ДНК бактерий, обитающих в почве Мадагаскара и различных водоемов, ДНК растительных геномов, ДНК архибактерий и ДНК грибов Erythrobasidium и Cystobasidium, Bjerkandera, выявлены ДНК бактерии Acidovoraxsp,ранее выделенной из морской воды.
Присутствие на поверхности МКС представителей типичных наземных и морских родов бактерий доказало наличие восходящего транспорта бактериальной ДНК из тропосферы в ионосферу посредством механизма турбулентной электротермодиффузии, захватывающей аэрозольные частицы с восходящей ветвью глобальной электрической цепи, то есть переноса аэрозольного вещества из тропосферы на высоты ионосферы.
Более того, нами найдены не только ДНК, но и жизнеспособные бактерии. У них не обнаружены изменения ДНК, которых следовало бы ожидать с учетом плотности потока протонов, ядер гелия и тяжелых заряженных частиц, а также с учетом интенсивности и спектра УФ-излучения. Более того, выявлены следы метаболической активности этих микроорганзмов.
Полученные данные свидетельствуют о том, что в верхней части ионосферы (400 километров) живые организмы не являются случайными обитателями, но составляют постоянное сообщество, ранее относимое только к аэробиосфере на высотах до 70 километров.
– Можно ли понять, как долго сохраняется жизнеспособность микрофлоры на поверхности гермокорпуса?
– Естественно, встал вопрос о продолжительности сохранения жизнеспособности спор, выявленных на поверхности МКС, в условиях открытого космоса. Было разработано устройство экспонирования на внешней поверхности МКС пробников, контаминированных выявленными микроорганизмами.
В 2017 году в зонах с различными освещенностью и ориентацией относительно вектора скорости на внешней поверхности модулей "Пирс" и "Поиск" были размещены четыре устройства "Тест-экспонат" с пробниками, контаминированными обнаруженными на внешней поверхности МКС. Сравнительный анализ результатов экспонирования в течение одного и почти двух лет позволил установить тенденцию снижения численности бактерий и грибов. За первый год численность колонеобразующих единиц (КОЕ) снизилась на три порядка, за второй год – на два порядка по сравнению с первым годом. Доказанное сохранение жизнеспособности спор микроорганизмов в течение двух лет указывает на наличие на поверхности МКС биохимически активной среды и возможность транспортирования микроорганизмов в космическом пространстве.
В 2025 году будут доставлены еще два устройства после пребывания в открытом космосе 3,5 года (экспонирование началось в июне 2021 года).
– На какой высоте от поверхности Земли могут существовать живые организмы? Может ли жизнь сохраняться на поверхности Луны и на просторах дальнего космоса?
– Отсутствие у экспонированных биообъектов мутационных изменений доказывает их устойчивость к условиям открытого космоса. Они не только выживают, но и сохраняют активный метаболизм, позволяющий репарировать мутации, нанесенные космическими лучами, ультрафиолетом, рентгеновским излучением и агрессивной околообъектовой средой.
В орбитальных условиях вакуума при периодическом нахождении МКС в затененной и солнечной областях происходит обезвоживание микроорганизмов, попавших на ее поверхность. Это похоже на широко и давно применяемый микробиологами метод лиофилизации (или сублимационного высушивания) микроорганизмов для хранения в коллекциях и может быть одним из факторов их длительного выживания в космосе.
Кроме того, экспозиция в открытом космосе коллекционных образцов в рамках эксперимента "Тест" показала, что лиофилизированные микроорганизмы не убивают УФ-излучение и радиация. Постулат о стерилизации космических кораблей космическими лучами в условиях космического пространства не подтверждается. Возникает гипотеза "панспермии наоборот": Земля может распространять жизнь в космическое пространство.
– Есть ли на поверхности станции микроорганизмы, которые попали туда не с Земли, а из космоса?
– Микроорганизмы на внешней поверхности МКС могут быть как земного, так и внеземного происхождения. Это открытая система, при внекорабельных работах мы можем занести на станцию микроорганизмы и химические элементы, так же, как и вынести что-то в космическое пространство при шлюзовании и проведении работ. Потом это может быть "ненароком" доставлено на Землю с возвращаемыми грузами и космонавтами.
МКС на каждом витке полета пересекает потоки метеороидов одного или нескольких из 36 кометных хвостов. По расчетам Центра управления полетами (ЦУП) ЦНИИмаша, в год МКС находится в защищаемой Землей области лишь 92,8 суток или 25,4% от всего времени. Поэтому с внешней поверхности станции можно получать материал для исследования кометного вещества.
Следует принять во внимание, что частицы 36 метеороидных потоков могут как принести, так и вынести с собой микрооганизмы из околоземного пространства (ОЗП) в межпланетное пространство.
– Помимо микроорганизмов находят ли ученые кометную пыль, части микрометеоритов и прочие элементы космических "путешественников"?
– Химическому анализу подвергаются также частицы на поверхностях устройств экспонирования и тампонах, контаминированных спорами микроорганизмов. Результаты позволили определить в пробах 65 элементов, включая радиоактивные изотопы. Наличие элементов, являющихся постоянной составной частью метеороидов, в характерных для них соотношениях никеля к железу и кобальта к никелю свидетельствует о присутствии на поверхности МКС мелкодисперсного осадка метеороидного вещества.
Известно, что 0,05% массы всей Галактики составляют микроскопические пылевые частицы. Частицы кометного хвоста могут содержать адсорбированные ими молекулы и частицы межзвездной среды, из которых можно получить информацию о химическом составе и структуре межзвездного вещества. Поверхность МКС хранит следы попадания микрометеороидов и частиц кометных хвостов.
Исследования двух свертков ткани, пробывших почти девять лет на внешней поверхности МКС, подтвердили агрессивность внешнеобъектовой среды. С помощью микроскопа на них удалось разглядеть следы разрушения ткани и частицы, "надетые" на ворсинки ткани.
Кроме того, при анализе ткани в значимых концентрациях обнаружен редкоземельный элемент гольмий, обладающий парамагнитными свойствами. Этот лантаноид находится на Земле в рассеянном состоянии. Его неожиданно высокое содержание может быть связано только с попаданием на поверхность МКС пыли из межпланетного пространства. Среди космических объектов с аномально высоким содержанием гольмия отличается звезда Пшибыльского.
В эксперименте "Тест" впервые установлено наличие следов вулканических газов на поверхности космического объекта. Их маркером явились неоднократно выявленные в ходе химического анализа мелкодисперсного осадка с поверхности МКС частицы редкого металла рения и радиоизотопных элементов. С этим согласуется почти постоянное обнаружение в составе проб осадка на поверхности МКС составляющих вулканических газов: серы, фтора, хлора, в том числе, радиоактивных изотопов калия, цезия, урана, как в газах фумарольных полей вулкана Кудрявый острова Итуруп. Их наличие на высоте 400 километров над Землей является фактическим подтверждением Глобальной электрической цепи.
Основную роль в их доставке на такую высоту играет грозовая активность в период развития тайфунов и вулканических извержений, а также возможное формирование джетов и спрайтов (молний наоборот), связывающих стратосферу и ионосферу, на "гребне" которых возможна быстрая инжекция аэродисперных частиц в ионосферу со сменой фазового состояния "аэрозоль-космозоль".
Интересно отметить, что в свертке ткани, находившейся на внешней поверхности МКС 10 лет, выявлены жизнеспособные споры гриба мукор, ранее обнаруженные в оранжерее служебного модуля "Звезда" МКС. Известна способность этого вида сохранять жизнеспособность спор в экстремальных условиях и даже в атомных реакторах. Это определяется формируемой в таких условиях плотной оболочкой на спорах и снижением интенсивности обменных процессов в цитоплазме.
– Планируется ли проводить эксперимент "Тест" на Российской орбитальной станции (РОС)? Какие будут внесены изменения, и на какие результаты вы рассчитываете, учитывая новую орбиту станции?
– Такие простые в эксплуатации приборы как "Тест" и "Устройство экспонирования" должны входить в состав штатного оборудования Российской орбитальной станции (РОС), и работы по отбору проб в различных местах станции должны быть регулярными. Это позволит проводить оценку влияния изменения наклонения и высоты орбиты станции на допустимые сроки эксплуатации орбитальных платформ, так как это зависит и от изменения физических факторов среды. В частности, от УФ-излучения, перепадов температуры, радиации, агрессивной химической среды, атомарного кислорода, элементов высокого сродства к электрону (сера, фтор, хлор), радиоактивных элементов (урана, тория, радия, цезия), химических элементов, достигающих поверхности станции, вулканических газов, космической пыли и потоков микрометеороидных дождей.
Важность проведения исследований определяется наклонением РОС, движением станции над динамически меняющимися приполярными (Арктической и Антарктической) зонами резкого потепления. Это долгая задача исследования. Регулярный контроль динамики мелкодисперсного осадка на поверхности РОС выявит опасные аспекты изменения экзосферы Земли. Космический мусор, экспедиционные аппараты и многотысячные орбитальные группировки вместе определяют новые опасные аспекты экзосферы Земли, которые должны подлежать контролю.