Белка, Стрелка и тараканиха Надежда: зачем ученые запускают животных в космос

Начало истории

Все «Бионы» – потомки корабля «Восток», на котором Юрий Гагарин совершил виток вокруг Земли. Родственны им и «Зениты» – военные разведывательные спутники СССР. Но началось все со «Спутника-5» (если не считать «Спутника-2», на борту которого находилась погибшая в космосе несчастная собака Лайка) – на нем в 1960 году на орбиту отправились Белка и Стрелка. Они стали первыми живыми существами, вернувшимися из космоса на родную планету, не считая запущенных на ракете Фау-2 фруктовых мух в 1948 году, которых американцы подняли до высоты в 109 км (сегодня граница космоса проходит на высоте 118–122 км, хотя оценки разнятся).

Белке и Стрелке повезло – они не только вернулись домой, но и прожили очень долгую жизнь (при Государственном научно-исследовательском и испытательном институте авиационной и космической медицины) и умерли в глубокой старости, а на основании данных полета ученые сделали вывод, что стресс, который испытали животные, – временная реакция.

Понятно, что перед первым запуском человека в космос инженеры хотели протестировать все свои технические решения на животных. И за «Спутником-5» последовала вереница других кораблей, «Бионов». Они отправили в космос настоящий зоопарк: сотни гекконов, червей, мышей, рыб, рачков, мух, птичьих эмбрионов и даже макак-резусов. С 1973 года состоялось 12 запусков.

Это нужно не забавы ради, ведь многие биологические процессы не до конца изучены даже на Земле. Поэтому иногда невозможно предсказать, как они изменятся в условиях космоса. Но провести все необходимые эксперименты за один раз нельзя – вот и отправляются на орбиту все новые астрогекконы. Кроме того, повторение запусков позволяет проверить, повлияют ли космические условия на развитие потомков космонавтов. Поэтому на ближайшем «Бионе» на орбиту планируют отправить растения, выращенные из семян, которые появились в предыдущие экспедиции. Впрочем, на борту российского космического корабля однажды даже появились на свет насекомые…

Дети Надежды

«Бионы» в XXI веке стали запускать гораздо реже, и их частично заместили аппараты, которые изначально создали для физических исследований, — «Фотоны». На одном из них в 2007 году в космос отправились тараканы. Самую известную из них звали Надежда. За ее поведением наблюдали с помощью видеокамер. В полете она забеременела и родила себе приятную компанию — 33 детенышей, которые росли и развивались несколько быстрее, чем обычные тараканы на Земле. Так Надежда стала первым живым существом, которое зачало потомство в космосе. Вся семья вскоре вернулась на Землю, а внуки героической Надежды, как это часто бывает, при жизни оказались самыми обычными тараканами…

Мы везем с собой кота

В экспериментах на «Бионах» участвовали не только ученые из СССР и России. Первый корабль отправился в космос в 1973 году, а уже начиная с «Бион-3» в 1975 году серия стала международной. Помимо СССР, эксперименты на растениях и животных (в том числе и с пересаженными раковыми опухолями) провели шесть других стран.

Впрочем, у многих стран были и свои собственные кампании по астробиологии. В 1963 году, например, Франция отправила в суборбитальный полет кошку Фелисетт, которую усыпили после возвращения на Землю для изучения. США на своих шаттлах доставили в космос множество мелких животных вроде гекконов и червей-нематод. Последние, кстати, даже сумели выжить при крушении шаттла «Колумбия» в 2003 году.

Планета обезьян

На сегодняшний день в космосе побывали уже 32 обезьяны, из них 12 – на «Бионах». Имена им давали строго по алфавиту, а на орбиту отправляли парами. Первыми в 1983 году стали макаки Абрек и Бион. На борту предпоследнего на сегодня «Биона-11», отправившегося на орбиту в декабре 1996 года, находились две макаки-резуса, Лапик и Мультик. Там они встретили Новый год (полет продлился две недели), и уже в 1997-м обезьяны вернулись на Землю. Правда, Мультик, увы, погиб во время взятия биопсии из-за наркоза, а Лапик отправился в Адлер, где прожил до 2018 года в питомнике научного института. Эту миссию полностью профинансировали США. Больше Россия не отправляла обезьян в космос, отчасти – по этическим соображениям, отчасти – по финансовым.

В 2017 году Сочинский НИИ медицинской приматологии объявил о том, что приступил к реализации программы полета обезьян на Марс. Испытания животных планируется провести в Дубне в Московской области, где в Центре ядерной физики будут воссозданы условия космического полета: радиационное излучение и невесомость. В этом же городе, кстати, есть памятник французской кошке-космонавтке Фелисетт.

Каждого космонавта из отряда обезьян отбирали и тестировали не менее тщательно, чем людей. Кроме того, у всех животных были дублеры. Макакам не дали спокойно наслаждаться полетом, напротив, их заставили работать, а все полученные данные затем были использованы в создании рекомендаций для космонавтов. Чтобы изучить их реакцию на полет, ученые научили животных в нужном порядке нажимать соответствующие кнопки и рычаги, когда зажигался свет определенного цвета.

Все обезьяны, конечно, были зафиксированы в сидячем положении, а между двумя животными находилась прозрачная перегородка. Помимо этого, макаки нажимали лапами на педали, а все правильные действия подкреплялись сладким соком шиповника. Такие несложные задания позволили изучить их способность координировать движения во время орбитального полета. К каждой обезьяне были прикреплены термометры, а также датчики ЭКГ, ЭЭГ и ЭОГ (электроокулограмма нужна для исследования глазных мышц).

Иногда макаки творили беды. Например, Дрема и Ероша в 1987 году сломали систему подачи пищи, а также убрали с головы датчики ЭЭГ. Затем не по плану прошло приземление (уже не по их вине), и они три дня пролежали в капсуле под снегом. Все участники полета выжили (кроме рыбок гуппи), хоть и прошли через реанимацию. Эксперименты на животных в космосе сейчас стали значительно проще, но не прекратились совсем. Последний запуск «Биона» состоялся в 2013 году и закончился не слишком удачно.

Последний, или крайний, «Бион»

В апреле 2013 года с Байконура в космос отправился модифицированный «Бион» нового поколения - «Бион-М1». На борту находились 45 мышей, восемь монгольских песчанок (мелкие грызуны), 15 гекконов, рачки, улитки и микробы. ЭЭГ у мышей не снимали, зато ожидали увидеть изменения в их ДНК: к тому моменту уже стало относительно просто отслеживать активность различных генов. Ученые также хотели проверить, что именно влияет на плотность костей в невесомости.

Обычно считается, что деминерализация скелета происходит из-за отсутствия гравитации. Но недавно была предложена другая гипотеза. На стопах человека и животных расположены рецепторы, которые реагируют на нагрузку. Если ее нет – запускается каскад негативных реакций. Чтобы проверить, какова истинная причина, в космос отправились гекконы, которые с помощью ворсинок на ногах способны приклеиваться к любым поверхностям, поэтому на их стопы всегда оказывается воздействие.

В полете из-за сбоя в системе подачи пищи погибли все песчанки и две трети мышей. Для расследования была даже создана специальная комиссия. Несмотря на гибель животных, провести значительную часть экспериментов все же удалось, хоть ученым и пришлось сократить свои планы. Данные полета обрабатываются до сих пор. Уже сейчас известно, что активность генов мышей действительно изменилась.

Но самые интересные результаты подарили гекконавты. В условиях невесомости они начали играть друг с другом и различными предметами, что довольно редко встречается у рептилий. Изучение мозга гекконов, которых пришлось усыпить, показало, что клетки мозжечка перестроили свою работу в условиях невесомости. И, как и ожидали биологи, они действительно не обнаружили у животных следов деминерализации скелета. Почему? Пока доподлинно неизвестно – вероятно, дело как раз в пресловутом давлении на стопы. Остеопороз после космических полетов – огромная проблема для всех космонавтов, решить которую, возможно, и помогут отважные гекконы.

Еще одно решение этой и многих других проблем – создание искусственной гравитации. Уже в 1977 году этот вариант испытали на мышах в рамках миссии «Бион-4». 20 крыс на время полета поместили в мини-центрифуги, в которых и создавалась искусственная гравитация. По сравнению с группой мышей, которые испытали на себе невесомость в чистом виде, они оказались гораздо сильнее после полета, а их кости не так сильно истончились.

Полет «Бион-М2» еще до санкций был намечен на 2023–2024 годы. В рамках этой миссии ученые планировали расширить эксперименты в условиях искусственной гравитации. Новый аппарат должен был подняться выше МКС. Уровень радиации, который животные получили бы за 30 дней полета, можно приравнять к трем годам нахождения на МКС. Но РКЦ «Прогресс», занимающийся разработкой аппарата, в 2021 году сообщил, что все же пока придется ограничиться околоземной орбитой. Особое внимание в этот раз ученые хотят уделить вирусам и бактериям. Последних собрать планируют из нескольких точек Земли, в том числе из вечной мерзлоты.

Впрочем, пока все будущие космические проекты России находятся в подвешенном состоянии. Неизвестна судьба не только серии «Бион», но и нового модуля ОКА-Т-МКС – космической лаборатории для МКС. От этого страдают и российские ученые, и зарубежные, ведь пока ни один «Бион» с 1975 года не обошелся без их участия как до полета, так и после. Зато гекконы и мыши могут выдохнуть: полет и последующее вскрытие пока отменяются.