Человечеству потребовались все знания, собранные учёными за сотни лет, чтобы начать космические полёты. И тогда человек столкнулся с новой проблемой - для колонизации других планет и дальних перелётов нужно разработать замкнутую экосистему, в том числе - обеспечить космонавтов едой, водой и кислородом. Доставлять еду на Марс, который находится за 200 миллионов километров от Земли, дорого и сложно, логичнее будет такие способы производства продуктов, которые легко реализовать в полёте и на Красной планете.

Как на семена влияет микрогравитация? Какие овощи будут безвредны, если их вырастить в богатой тяжёлыми металлами почве Марса? Как обустроить плантацию на борту космического корабля? Учёные и космонавты уже более пятидесяти лет ищут ответы на эти вопросы.

Константин Циолковский в «Целях звездоплавания» писал: «Вообразим себе длинную коническую поверхность или воронку, основание или широкое отверстие которой прикрыто прозрачной шаровой поверхностью. Она прямо обращена к Солнцу, а воронка вращается вокруг своей длинной оси (высоты). На непрозрачных внутренних стенках конуса - слой влажной почвы с насаженными в ней растениями». Так он предлагал искусственно создавать гравитацию для растений. Растения должны быть подобраны плодовитые, мелкие, без толстых стволов и не работающих на солнце частей. Так колонизаторов можно частично обеспечить биологически активными веществами и микроэлементами и регенерировать кислород и воду.

В 1962 году главный конструктор ОКБ-1 Сергей Королёв ставил задачу: «Надо бы начать разработку «Оранжереи (ОР) по Циолковскому», с наращиваемыми постепенно звеньями или блоками, и надо начинать работать над «космическими урожаями».

Рукопись К.Э. Циолковского «Альбом космических путешествий», 1933 год. Источник

СССР вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли 4 октября 1957 года, спустя двадцать два года после смерти Циолковского. Уже в ноябре того же года в космос отправили дворняжку Лайку, первую из собак, которые должны были открыть путь в космос людям. Лайка погибла от перегрева всего за пять часов, хотя полёт рассчитали на неделю - на это время хватило бы кислорода и еды.

Полёт Белки и Стрелки в августе 1960 года был более успешен и для собак, и для сопровождающих их животных - сорока мышей и двух крыс. Вместе с этим «Ноевым ковчегом» советские учёные отправили в космос семена кукурузы, пшеницы, гороха и лука. На Землю вся команда спустилась в контейнере, разработанном для будущих полётов человека. Но этого было мало - заниматься сельским хозяйством в космосе должен был начать человек.

Собака Лайка, первая собака на орбите Земли

В книге «Космос - землянам» лётчик-космонавт, член экспедиции «Союз-3» Георгий Береговой писал о том, что человеку свойственно ощущать причастность к земной природе, где бы он ни был: «Но когда оказываешься за пределами родной планеты, это воспринимается особенно остро. Обратите внимание, с каким волнением и теплотой рассказывают космонавты о том, как выглядит Земля с высоты орбиты. Ну а если вместе с ними путешествует в безжизненной пустоте космоса кусочек живого мира, то забота о «земляках» становится прямо-таки нежной. Даже когда эти «земляки» - зеленые стебли обыкновенного гороха. Именно его, кстати, выращивали на «Салюте-4» А. Губарев и Г. Гречко, а затем вновь посадили участники следующей экспедиций - П. Климук и В. Севастьянов».

На орбитальной станции «Салют-4», запущенной в 1974 году, была установка «Оазис» для культивирования растений в невесомости. Георгий Гречко писал в книге «Космонавт №34», что работа с системой была одним из самых интересных экспериментов в его полёте. Установка была гидропоническая, земли не было, горошины должны были прорастать в пропитанной марле. Вскоре после начала работы с «Оазисом» космонавт заметил, что в одну кювету вода не поступает, а в другую поступает слишком обильно, заставляя горошины подгнивать. Из установки срывались огромные капли воды, за которыми Гречко гонялся по станции с салфетками. Он отрезал шланг и стал поливать горошины вручную, пока несколько часов возился с аппаратом.

Космонавт признаётся, что из-за ненависти к биологии в школе чуть не загубил эксперимент. Он посчитал, что ростки путаются в ткани, растут неправильно, и освободил их от марли, но это не помогало. Оказалось, что он перепутал корешки со стеблями.

Эксперимент завершился успешно. Впервые в космосе растения прошли цикл от семени до взрослого стебля гороха. Но из 36 зерен взошли и выросли только три.

«Оазис-1» в Мемориальном музее космонавтики. Источник

Учёные предположили, что проблема возникла из-за генетически заложенной ориентации - проросток должен тянуться к свету, а корень - в противоположную сторону. Они усовершенствовали «Оазис», и следующая экспедиция взяла на орбиту новые семена.

Лук вырос. Виталий Севастьянов сообщил на Землю, что стрелки достигли десяти-пятнадцати сантиметров. «Какие стрелки, какого лука? Понимаем, это шутка, мы же вам давали горох, а не луковицы», - говорили с Земли. Бортинженер ответил, что из дома космонавты прихватили две луковицы, чтобы посадить их сверх плана, и успокоил учёных - горошины почти все взошли.

Но растения отказывались цвести. На этой стадии они погибали. Такая же судьба ждала тюльпаны, которые в установке «Лютик» на Северном полюсе распустились, а в космосе - нет.

Зато лук можно было есть, что успешно делали в 1978 году космонавты В. Коваленок и А. Иванченков: «Вот хорошо поработали. Может быть, теперь нам в награду и луковицу разрешат съесть».

Техника - молодёжи, 1983-04, страница 6. Горох в установке «Оазис»

Космонавты В. Рюмин и Л. Попов в апреле 1980 года получили установку «Малахит» с цветущими орхидеями. Орхидеи крепятся в коре деревьев и в дуплах, и учёные посчитали, что они могут быть менее подвержены геотропизму - способности органов растений располагаться и расти в определённом направлении относительно центра земного шара. Цветки через несколько дней опали, но при этом у орхидей образовались новые листья и воздушные корни. Ещё чуть позже советско-вьетнамский экипаж из В. Горбатко и Фам Туай привёзли с собой подрощенный арабидопсис.

Растения не хотели цвести. Семена всходили, но, например, орхидея не зацвела в космосе. Учёным нужно было помочь растениям справиться с невесомостью. Это делали в том числе с помощью электростимуляции корневой зоны: учёные считали, что электромагнитное поле Земли может влиять на рост. Ещё один способ предполагал описанный Циолковским план по созданию искусственной гравитации - растения выращивались в центрифуге. Центрифуга помогла - ростки ориентировались вдоль вектора центробежной силы. Наконец космонавты добились своего. В «Светоблоке» зацвёл Арабидопсис.

Слева на изображении ниже - оранжерея «Фитон» на борту «Салют-7». Впервые в этой орбитальной оранжерее Резуховидка Таля (Арабидопсис) прошла полный цикл развития и дала семена. Посредине - «Светоблок», в которой на борту «Салют-6» Арабидопсис впервые зацвёл. Справа - бортовая оранжерея «Оазис-1А» на станции «Салют-7»: она была оснащена системой дозированного полуавтоматического полива, аэрации и электростимулирования корней и могла перемещать вегетационные сосуды с растениями относительно источника света.

«Фитон», «Светоблок» и «Оазис-1А»

Установка «Трапеция» для исследования роста и развития растений. Источник

Наборы с семенами

Бортовой журнал станции «Салют-7», зарисовки Светланы Савицкой

На станции «Мир» была установлена первая в мире автоматическая оранжерея «Свет». Российские космонавты в 1990-2000-х годах провели в этой оранжерее шесть экспериментов. Они растили салаты, редис и пшеницу. В 1996-1997 годах Институт медико-биологических проблем РАН планировал вырастить семена растений, полученные в космосе - то есть поработать с двумя поколениями растений. Для эксперимента выбрали гибрид дикой капусты высотой около двадцати сантиметров. У растения был один минус - космонавтам нужно было заниматься опылением.

Результат был интересный - семена второго поколения в космосе получили, и они даже взошли. Но растения выросли до шести сантиметров вместо двадцати пяти. Маргарита Левинских, научный сотрудник Института медико-биологических проблем РАН, рассказывает, что ювелирную работу по опылению растений выполнял американский астронавт Майкл Фоссум.

Видео Роскосмоса о выращивании растений в космосе. На 4:38 - растения на станции «Мир»

В апреле 2014 года грузовой корабль Dragon SpaceX доставил на Международную космическую станцию установку для выращивания зелени Veggie, а в марте астронавты начали тестировать орбитальную плантацию. Установка контролирует свет и поступление питательных веществ. В августе 2015 в меню астронавтов включили свежую зелень, выращенную в условиях микрогравитации.

Выращенный на Международной космической станции салат

Так плантация на космической станции может выглядеть в будущем

В российском сегменте Международной космической станции действует оранжерея «Лада» для эксперимента «Растения-2». В конце 2016 или начале 2017 года на борту появится версия «Лада-2». Над этими проектами работает Институт медико-биологических проблем РАН.

Космическая растениеводство не ограничивается экспериментами в невесомости. Человеку для колонизации других планет придётся развивать сельское хозяйство на грунте, который отличается от земного, и в атмосфере, имеющей иной состав. В 2014 году биолог Майкл Маутнер вырастил спаржу с картофелем на метеоритном грунте. Чтоб получить пригодную для выращивания почву, метеорит был размолот в порошок. Опытным путём он сумел доказать, что на грунте внеземного происхождения могут произрасти бактерии, микроскопические грибы и растения. Материал большинства астероидов содержит фосфаты, нитраты и иногда воду.

Спаржа, выросшая на метеоритном грунте

В случае с Марсом, где много песка и пыли, измельчение породы не понадобится. Но возникнет другая проблема - состав почвы. В грунте Марса есть тяжёлые металлы, повышенное количество которых в растениях опасно для человека. Учёные из Голландии имитировали марсианскую почву и с 2013 года вырастили на ней десять урожаев нескольких видов растений.

В результате эксперимента учёные выяснили, что содержание тяжёлых металлов в выращенных на имитированном марсианском грунте горохе, редисе, ржи и помидорах не опасно для человека. Картофель и другие культуры учёные продолжают исследовать.

Исследователь Вагер Вамелинк инспектирует растения, выращиваемые на имитированной марсианской почве. Фото: Joep Frissel/AFP/Getty Images

Содержание металлов в урожае, собранном на Земле и на симуляциях почвы Луны и Марса

Одной из важных задач является создание замкнутого цикла жизнеобеспечения. Растения получают углекислый газ и отходы жизнедеятельности экипажа, взамен отдают кислород и производят еду. Учёные проверяли возможность использования в пищу одноклеточной водоросли хлореллы, содержащей 45% белка и по 20% жиров и углеводов. Но эта в теории питательная еда не усваивается человеком из-за плотной клеточной стенки. Существуют способы решения данной проблемы. Можно расщеплять клеточные стенки технологическими методами, используя термообработку, мелки помол или другие способы. Можно брать с собой разработанные специально для хлореллы ферменты, которые космонавты будут принимать с едой. Учёные могут и вывести ГМО-хлореллу, стенку которой человеческие ферменты смогут расщепить. Хлореллой для питания в космосе сейчас не занимаются, но используют в замкнутых экосистемах для производства кислорода.

Эксперимент с хлореллой проводили на борту орбитальной станции «Салют-6». В 1970-е годы ещё считали, что пребывание в микрогравитации не оказывает отрицательного влияния на человеческий организм - слишком было мало информации. Изучить влияние на живые организмы пытались и с помощью хлореллы, жизненный цикл которой длится всего четыре часа. Её удобно было сравнивать с хлореллой, выращенной на Земле.

Источник

Прибор ИФС-2 предназначался для выращивания грибов, культур тканей и микроорганизмов, водных животных. Источник

С 70-х годов в СССР проводили эксперименты по замкнутым системам. В 1972 году началась работа «БИОС-3» - эта система действует и сейчас. Комплекс оснащён камерами для выращивания растений в регулируемых искусственных условиях - фитотронами. В них выращивали пшеницу, сою, салат чуфу, морковь, редис, свёклу, картофель, огурцы, щавель, капусту, укроп и лук. Учёные смогли достичь почти на 100% замкнутый цикл по воде и воздуху и до 50-80% - по питанию. Главные цели Международного центра замкнутых экологических систем - изучить принципы функционирования таких систем различной степени сложности и разработать научные основы их создания.

Одним из громких экспериментов, симулирующих перелёт к Марсу и возвращение на Землю, был «Марс-500». В течение 519 дней шесть добровольцев находились в замкнутом комплексе. Эксперимент организовали Рокосмос и Российская академия наук, а партнёром стало Европейское космическое агентство. На “борту корабля” были две оранжереи - в одной рос салат, в другой - горох. В данном случае целью было не вырастить растения в приближенных к космическим условиям, а выяснить, насколько растения важны для экипажа. Поэтому дверцы оранжереи заклеили непрозрачной плёнкой и установили датчик, фиксирующий каждое открывание. На фото слева член экипажа «Марс-500» Марина Тугушева работает с оранжереями в рамках эксперимента.

Ещё один эксперимент на «борту» «Марс-500» - GreenHouse. В видео ниже член экспедиции Алексей Ситнев рассказывает об эксперименте и показывает оранжерею с различными растениями.

У человека будет много шансов умереть на Марсе. Он рискует разбиться при посадке, замёрзнуть на поверхности или же просто не долететь. И, конечно, умереть от голода. Растениеводство необходимо для образования колонии, и учёные и космонавты работают в этом направлении, показывая удачные примеры выращивания некоторых видов не только в условиях микрогравитации, но и в имитированном грунте Марса и Луны. У космических колонистов определенно будет возможность повторить успех Марка Уотни.

Смогут ли земляне когда-нибудь засеивать поля на других планетах? Чтобы можно было вслед за космонавтами и мечтателями пропеть, что «и на Марсе будут яблони цвести»? Возможно, совсем скоро мы ответим на этот вопрос. А пока - давайте поговорим о некоторых конкретных космических исследованиях, которые ставили своей целью изучение поведения растений в условиях гравитации.

Эта работа публикуется в рамках конкурса научно-популярных статей , проведенного на конференции «Биология - наука 21 века» в 2015 году.

Наверное, у многих возник вопрос: неужели у растений тоже есть поведение? Разве это свойство живых существ не является прерогативой представителей исключительно животного мира? Оказывается - нет! Представьте себе, у растений тоже есть свои «фишки», в том числе: чувствительность к внешним раздражителям, разные рецепторные процессы, специфические реакции на свет, температуру, силу тяжести. И - что очень любопытно - растения обладают удивительной способностью определять свое положение в пространстве. Вот об этом удивительном феномене растительного мира я и предлагаю поговорить.

Гравитация: маленький шаг для растения и огромный скачок для ученого

Кстати говоря, арабидопсис - самое первое растение, которое не только проявило себя в опытах по влиянию отсутствия гравитации на рост, но и прошло полный цикл развития в космосе, успешно перенеся воздействие всех неблагоприятных внеземных условий.

Фитогормоны: растения тоже чувствуют!

Рисунок 3. Корневой статоцит в вертикальном положении. А - проксимальная часть клетки (расположенная ближе к центру). В - дистальная часть клетки (периферическая). 1 - клеточная стенка, 2 - эндоплазматический ретикулум , 3 - плазмодесма , 4 - ядро, 5 - митохондрия , 6 - цитоплазма, 7 - статолит, 8 - корень, 9 - корневой чехлик, 10 - статоцит. Рисунок из «Википедии ».

Давайте задумаемся над вопросом: как же растения понимают, где у них низ, а где верх? Человек, например, в любой момент времени может определить, стоит ли он на земле или лежит беспомощный (за эту способность определять свое место в пространстве можно сказать спасибо вестибулярному аппарату). А обездвиженным и безмолвным растениям приходится изощряться другими способами.

Так, у представителей растительного царства есть специальная группа клеток-статоцитов , которые содержат специфические тяжелые структуры, быстро оседающие под действием гравитации (рис. 3). Эти образования называются статолитами .

Допустим, растение пригнулось к земле - отлично, в игру вступают статолиты, которые «падают» вниз (то есть осаждаются) под воздействием силы тяжести. В итоге формируются новые низ (там, где статолиты) и верх (где их нет). Далее запускается целый каскад реакций, призванных преобразовать физический процесс осаждения статолитов в биохимические процессы, которые в итоге ведут к гравитропическому ответу. Это явление очень сложно и до конца не изучено; можно с определенностью сказать лишь то, что в нем задействуется целая сеть различных посредников, вторичных мессенджеров и, конечно же, фитогормонов . Да-да, представьте себе, у растений тоже есть свои гормоны - пусть не такие популярные в плане исследований, как гормоны животных, но всё же не менее интересные и важные. Эти вещества способны оказывать целый спектр биологических воздействий. Но я предлагаю поговорить об ауксине (он же - индол-3-уксусная кислота, ИУК ) как о важном участнике гравитропической реакции .

Так, при «перевороте» растения происходит накопление ИУК на нижней стороне гравистимулированного органа (как растение определяет свой верх и низ, мы уже обсуждали выше). Это приводит к различной скорости роста клеток на противоположных сторонах побега и корня. Получается, что ауксин - это определяющий фактор формирования гравитропического изгиба . Однако было бы несправедливо оставить в стороне помощников ауксина - специальные PIN-белки (от англ. pin - булавка), которые транспортируют его к месту воздействия . Таких белков-переносчиков в клетке очень много, их классификация довольно сложна, но суть заключается в том, что именно от типа и количества этих белков зависит, куда пойдет ауксин. Получается, что если PIN-белков много на нижней стороне корня, то там будет и ауксин, чтобы простимулировать его рост.

И наконец мы подходим к такому интересному моменту, как распределение PIN-белков в пространстве клетки. Ведь сами белки, хоть и называются переносчиками, лишены возможности произвольного перемещения. Их распределение регулируется цитоскелетом . У клеток растений тоже есть свой скелет, и представлен он не костями и хрящами, а специальными веществами: актином , тубулином и миозином . Важно, что именно эти структурные полимеры определяют подвижность большинства компонентов клетки. Актиновый цитоскелет - это словно раскинувшаяся по всему объему клетки огромная сеть дорог, по которой обеспечивается транспорт большинства соединений .

А еще - актиновый цитоскелет очень сложно увидеть: для этого было бы недостаточно даже применения очень сильного микроскопа. Дело даже не в чрезвычайно малых размерах данной структуры, а в визуализации* - ведь человеческий глаз не способен различать эти тонкие ниточки, из которых состоят микрофиламенты , даже при очень большом увеличении. И здесь нам на помощь приходят трансгенные растения . Уверена, что многие из вас так или иначе слышали о них, причем большей частью плохое. На самом же деле трансгенные растения - это универсальный инструментарий биолога, без которого нельзя представить работу любой современной физиологической лаборатории.

* - Как преодолеть дифракционный барьер и различить детали размером меньше полудлины волны мы писали в статье «Лучше один раз увидеть, или микроскопия сверхвысокого разрешения » , а о лауреатах Нобелевской премии за разработку методов сверхразрешающей микроскопии - в материале «По ту сторону дифракционного барьера: Нобелевская премия по химии 2014 » . В сообщении « » описан новый метод приготовления микропрепаратов, который позволяет существенно улучшить разрешение . - Ред.

Итак, «трансгены» - это те же самые растения (в нашем случае - арабидопсис), просто снабженные специальными белками для создания новой экспериментальной модели. Получается, мы берем резуховидку Таля и внедряем в ее ДНК ген зеленого флуоресцентного белка (GFP , green fluorescent protein ). А затем исследуем трансформированное растение под особым конфокальным микроскопом , подсвечивая лазером. И, как говорится, voila - получаем на выходе цифровое изображение, на котором прекрасно видны внутренние структуры, в частности актиновый цитоскелет, который и был нам нужен (рис. 4) .

* - Значимость GFP для биологических экспериментов оказалась настолько высока, что за открытие этого маркера вручили Нобелевскую премию: « » . Однако ученые не удовлетворились и явили миру новые поколения флуоресцентных белков: « » . - Ред .

Рисунок 4. Так выглядит актиновый цитоскелет корня, если подсветить его лазером конфокального микроскопа. Яркие тонкие нити - микрофиламенты, границы клеток светятся менее ярко. Масштабная линейка равна 50 мкм. Фото автора.

Новые направления: что же будет дальше?

Возможно, кого-то заинтересует, зачем нужны подобные исследования с использованием конфокальной микроскопии и где они выполняются? Поведение растений в космосе - глобальная тема исследований, над которой работают многие научные умы. Однако я могу назвать конкретное место, где тоже происходит активнейшее изучение процессов гравитропизма, - это кафедра физиологии и биохимии растений Санкт-Петербургского государственного университета. Именно здесь были сделаны конкретные экспериментальные заключения, о которых и пойдет речь ниже. В том числе по той причине, что я - студентка этой кафедры и работаю над магистерской диссертацией (за помощь хочется поблагодарить Ресурсный центр «Развитие молекулярных и клеточных технологий» СПбГУ, а особенно - их замечательный конфокальный микроскоп Leica TCS SPE).

А теперь, познакомившись с основным инструментарием, обратимся непосредственно к результатам проведенных экспериментов. Фундаментальной проблемой, интересовавшей нас в ходе работы, было поведение растений в космосе, и для ее решения мы проводили опыты по гравистимуляции растительных образцов с дальнейшей визуализацией актинового цитоскелета. Была поставлена задача сравнить корни контрольных (вертикально растущих) и гравистимулированных (расположенных горизонтально) растений арабидопсиса, а также исследовать действие на них различных реагентов.

Выяснилось, что в нормально (вертикально) развивающихся растениях находится очень много аксиально ориентированных микрофиламентов - то есть тех, которые сонаправлены с вектором силы тяжести. А вот в случае гравистимуляции, когда арабидопсис оказывается лежащим на боку, происходят изменения - в частности, увеличивается доля тех актиновых нитей, которые расположены наклонно или перпендикулярно поверхности Земли. Это значит, что корень действительно узнает, что низ и верх теперь не там, где были раньше, и уже через 20–30 минут после этой «смены полюсов» начинает активно подстраиваться под новые условия за счет переориентации своего цитоскелета. Данные механизмы лежат в основе формирования гравитропического изгиба - структуры, которую мы так долго и упорно обсуждали.

Еще более интересные результаты были получены в случае действия на такие же растения разнообразных реагентов (рис. 5). Известно, что при стрессе (например, во время гравистимуляции) в клетках растений начинает синтезироваться гормон стресса - этилен , который подавляет процессы роста корней и развитие побега, но не препятствует гравитропической реакции. При дополнительной обработке корней арабидопсиса раствором этефона (из которого образуется этилен) обнаруживалась почти тотальная разборка цитоскелета, и чем дольше растение подвергалось такому воздействию, тем больше разрушались актиновые микрофиламенты. Гравитропический изгиб образовывался, но корень был значительно короче.

Салициловая кислота ускоряла реорганизацию цитоскелета и в целом угнетала гравитропическую реакцию за счет подавления синтеза этилена. То есть корни растения не воспринимали переворот на 90 градусов в качестве стресса: ведь этилен, призванный сигнализировать о стрессовых изменениях, не выделялся. Однако по прошествии часа действие салицилата ослабевало, и растение, ощутив стресс, могло формировать изгиб.

А вот при удалении Cа 2+ из клеточных стенок с помощью раствора EGTA (которая способствует связыванию ионов кальция) образование гравитропического изгиба полностью ингибировалось.

Подводя итог, можно сказать, что все эти вещества оказывают свои собственные эффекты на рост растения, причем способны как подавлять стресс, так и усиливать действие гравистимуляции.

Рисунок 5. Растения, которые подверглись различным воздействиям. В верхней строчке - нормальное (вертикальное) положение корней, в нижней - гравистимулированные (перевернутые) корни. В случае EGTA использовали два красителя: циановым цветом показан актиновый цитоскелет, а цветом фуксии - ядра клеток. Фото автора.

Варианты вертикального и горизонтального (в случае поворота растения на 90 градусов по часовой стрелке) роста арабидопсиса в течение 12 часов. Col-0 - дикий тип, GFP-fABD2 - растения Col-0, трансформированные конструкцией GFP-fABD2. В случае гравистимулированных образцов (справа ) наблюдается формирование гравитропического изгиба под влиянием изменения вектора гравитации. Стрелкой показаны кончики корней, клетки которых служили объектом для исследования актинового цитоскелета.

На самом деле, это исследование только начинается. Нам еще предстоят новые эксперименты, связанные с обработкой резуховидок Таля различными активаторами и ингибиторами роста, регуляторами транспорта ауксина. К слову, оформленных научных статей еще нет: ведь работа не прекращается, буквально каждую неделю можно говорить о новых результатах.

Думаю, может возникнуть вопрос: зачем вообще нужны эти эксперименты? Чтобы лучше разобраться в механизмах стрессовой реакции в условиях смены вектора гравитации. Это поможет лучше понять, что именно испытывают растения в условиях невесомости.

Когда будет жизнь на Марсе?

Идея запланированного полета людей на Марс с целью создания там колонии не нова, однако споры вокруг этого вопроса начались с того самого момента, как идея впервые была высказана. Скептиков и тогда, и сейчас находится очень и очень много.

В одной из недавно опубликованных статей утверждается, что с некоторой долей вероятности марсианский корабль может стать кораблем-призраком, если на Солнце во время полета произойдет незапланированная вспышка . Доза радиации при этом возрастет на порядок и легко убьет экипаж.

Однако технологии постоянно развиваются - пусть медленно, если речь идет о межпланетных путешествиях, но всё же... Уже созданы проекты космических кораблей с уникальной защитной экранирующей поверхностью, способной обеспечить надежную защиту на весь срок полета, а потому проблему радиации можно считать теоретически решенной.

В той же статье автор высказыват мнение о том, что человек в принципе не способен долгое время существовать и работать рядом с одними и теми же людьми. Космонавты в один прекрасный день могут поубивать друг друга просто из-за того, что кто-то кому-то наступит на ногу. А всему виною стресс, особенно от того, что в «мышеловке» марсолёта помощи ждать неоткуда и спасательных капсул для побега на Землю не предусмотрено.

Стресс убивает, это правда. Но давайте заглянем на страничку проекта Mars One (рис. 6), в раздел «Отбор кандидатов» - и мы увидим, что способность справляться со сложными и конфликтными ситуациями (так называемая стрессоустойчивость) является, пожалуй, основным критерием отбора будущих астронавтов. К тому же участники проекта - это люди, которые сами захотели кардинально изменить свою жизнь, в отличие от профессиональных космонавтов, которым ставят конкретные задачи, часто не считаясь с их личным мнением.

Во всяком случае, время для колонизации Марса пока еще не настало, и впереди у нас как минимум десять лет. Ну а кандидатам, уже выбранным по конкурсу для участия в проекте, предстоят длительные тренинги и тщательное обучение на Земле. Что из этого получится - увидим!

Возвращаясь к результатам наших сугубо лабораторных экспериментов, следует сказать, что они имеют важное значение именно для фундаментальной науки. Однако хочется надеяться, что когда-нибудь именно эти исследования лягут в основу проектов по выращиванию свежих овощей и фруктов на космических кораблях или даже на других планетах (напомню, что пока лишь единичные экспериментальные образцы пшеницы и салата смогли пройти полный цикл вегетации в космических условиях). Интерес к внеземным пространствам сопровождал развитие цивилизации, хоть под этим пространством и подразумевалось совершенно разное. Сейчас же для удовлетворения своего интереса человечество способно разрабатывать конкретные планы, моделировать условия, чтобы потом согласно расчетам и результатам экспериментов «расстелить соломку» везде, где только можно. Глядишь, и зацветет марсианский сад?..

Международная космическая программа Mars One уже достаточно обсуждалась в прессе. Набор кандидатов, решивших приобрести билет в один конец, завершен. Теперь руководителям проекта предстоит колоссальная задача по подготовке всех необходимых условий, чтобы облегчить начало колонизации Красной планеты (рис. 7). Колонисты ставят масштабные задачи по преобразованию Марса: предполагается растопить там лед, вызвать парниковый эффект и, когда стабилизируется круговорот воды, засеять планету растениями. А пока что мы просто изучаем поведение растительных организмов в надежде на успешное освоение новых космических пространств.

Рисунок 7. Одна из основных задач научной экспедиции - изучить влияние Марса на растения, а затем и на собственные тела. Рисунок с сайта eggheado.com . . ;

Экспансионная микроскопия, или Как увидеть новое сквозь старую линзу ;

Флуоресцирующая Нобелевская премия по химии ;

Флуоресцентные белки: разнообразнее, чем вы думали! ;

Паевский А. (2015). Замечтались . Научно-образовательный проект ТАСС «Чердак». .

В наши дни космическое питание доставляется на МКС с Земли, и все космические экспедиции снабжаются пищей еще с космодрома. Но недалек тот день, когда пища космонавтов будет производиться прямо в космосе. Уже сегодня ведутся активные исследования по выращиванию и производству еды в космосе. Впереди нас ждет многолетняя экспедиция на Марс, возможно, даже его колонизация, поэтому вопрос выращивания еды в космосе как нельзя актуален.

История

Космическая индустрия очень молода. Покорение космоса началось лишь во второй половине 20-ого века, но развивалось семимильными шагами во время космической гонки. Сегодня к исследованиям космоса присоединился Китай, Япония и даже Франция. Такая компания стран, во главе с космическими державами - Россией и США, продолжает исследование космоса. Многое изменилось со временем первого полета человека в космос, в том числе и питание космонавтов. Но одно осталось неизменным - пища для космонавтов как доставлялась с Земли, так и доставляется до сих пор.

На МКС постоянно проживают космонавты разных стран, и вопрос их пропитания всегда решается с Земли. Доставка 1 килограмма еды обходится примерно в 5-6 тысяч долларов США. Но это не главный аргумент в пользу выращивания еды в космосе. Главный аргумент - ограниченные возможности по объемам перевозки. И если сегодня мы можем регулярно доставлять еду на МКС партиями, то в случае с долгими экспедициями, например на Марс, важно придумать, как космонавты могут снабжать себя продуктами питания самостоятельно.

Так как космонавты целиком и полностью зависят от Земли, в истории МКС есть и неприятные моменты, связанные с пищей. Несколько лет назад, космический носитель с грузом для российских космонавтов не смог долететь до орбиты. Большую часть груза составляла именно еда. Это была очередная порция космической пищи, призванная пополнить запасы уже заканчивающейся еды. Ситуация осложнялась еще тем, что следующий запуск ракеты с едой для космонавтов, можно было осуществить лишь через продолжительное время. Это было связано не только с особенностями космического полета, но также с необходимостью выяснить причины падения первой ракеты, и снаряжения повторной миссии. Ситуация разрешилась гладко - наземные космические службы смогли вовремя разрешить все трудности. Но реальный прецедент дал определенный толчок для развития исследований на тему выращивания еды в космосе.

Актуальное состояние

NASA провело два успешных эксперимента по выращиванию еды на МКС. Для этого на МКС была создана специальная система выращивания растений, получившая название Veggie. Оба раза выращивались листья салата, и оба раза эксперимент завершился успехом. Первый урожай был послан на Землю, для детального исследования. Второй урожай, в августе 2015-ого, был съеден на МКС под объективами камер в прямом эфире. Запись этого события вы можете увидеть на ролике:

Эксперименты показали, что салат, выращенный в космосе, по своим питательным свойствам ничем не отличается от земного. Скорость его роста и прочие показатели - также соотсветвует земным. Но данный эксперимент показал, что выращивание еды в космосе при нынешнем уровне технологий - это нерациональное занятие.

Чтобы вырастить еду в космосе требуется большое количество энергии, а также места. В результате, сегодня проще и выгоднее доставить еду с Земли. Но первые шаги были сделаны, и получены важные данные. Например, что для выращивания растений зеленого цвета необходимы специальные лампы. И хотя растения в искусственных условиях могут вырасти без солнечного света, но для привычного цвета растений, необходимо добавлять специальное освещение. А главное, был получен ответ на самый волнующий вопрос - да, в космосе действительно можно выращивать пищу.

Космонавты действительно съели второй космический урожай, но о полноценном обеспечении себя питанием речи не шло. Листья салата были выращены при колоссальных затратах энергии, и росли они 33 дня. Сюда стоит добавить, что на МКС ограниченное количество пространства, поэтому решить вопрос пропитания увеличением «посевных» площадей, просто невозможно. Но эксперимент показал, что в условиях невесомости растения могут расти не только в горизонтальной «земле». В космосе растениям все равно в какой проекции находится «почва». Кроме этого, опыт наглядно иллюстрирует, что для выращивания еды в космосе нужно столько же воды, как и на Земле, и что H2O невозможно заменить каким - либо веществом.

На МКС выращивают не только еду, но и цветы. В конце 2015-ого года на МКС впервые раскрылся бутон астры. Это стало еще одним доказательством, что выращивание растений в космосе - реальность.

Будущее

Ученые со всего мира работают над тем, чтобы выращивать в космосе столько пищи, чтобы ее хватало для 100% пропитания космонавтов. Сегодня нельзя говорить даже об 1%, но через какое-то время нас ждут долгие экспедиции и колонизации планет. Будущее - за выращиванием еды в космосе.

Ближайший длительный перелет запланирован в 2030-ом году экспедицией NASA на марс. Перелет будет проходить от 150 до 300 дней, и в этом полете людям наверняка понадобится источник пищи, производимой на борту. Вместимость космического аппарата ограничена, и его способности перевезти груз - тоже. Семена, или молодые растения, занимают меньше места и обладают меньшим весом. Ученым предстоит найти оптимальное решение для обеспечения условий произрастания сельскохозяйственных культур. Вопрос не только в «почве», но и в поливе растений. Ученым еще не удалось научиться заменять воду. Даже в эксперименте NASA, для проращивания салата, использовалось столько же воды, сколько и на Земле. А вода в космосе это не менее ценный ресурс. Конвертация воды в еду, в условиях ограниченного пространства - пока что происходит по невыгодному курсу. Но этот вопрос будет решен.

Из ближайших планов - вырастить на МКС не только салат, но и другие растения. На очереди находятся следующие культуры - зеленый перец, редис, лук, капуста и картошка. Набор не случайный, эти овощи являются потенциальными кандидатами для выращивания на космических «огородах» будущего. Как вы могли заметить, ученые планируют выращивать культуры, чьи плоды находятся не только над землей, но и корнеплоды - редис и картошка. Для этого разрабатывается аппарат другого типа, отличный от аппарата Veggie для салата.

Над выращиванием еды в космосе работают не только в России и США, но и в Китае. Китайское космическое агентство планирует создать лунную станцию к 2030-ому году. На ней отдельное место уделено выращиванию еды. На станции «Лунный дворец-1» (временное название), планируется выделить 58 кв. метров для выращивания еды. Это для космоса беспрецедентно большое помещение для выращивания растений, и даже больше, чем модуль для жизни космонавтов на будущей лунной станции. Пока что китайские ученые лишь испытали аналог лунной станции на Земле, и эксперимент оказался удачным. По результатам этого эксперимента стало понятно, что проект жизнеспособен, но китайские ученые внесли коррективы в космический модуль для выращивания еды. К 2030-ому году, возможно, мы увидим его в действии.

Радует, что эксперименты по выращиванию еды в космосе не просто продолжаются, но и становятся все более и более частыми. Мы надеемся, что в ближайшем будущем еда космонавтов , хотя бы частично, но будет производиться в космосе. Это снизит зависимость от Земли и откроет новые горизонты для космических экспедиций.

Космическая биология

Запуск первого в мире искусственного спутника Земли, осуществленный в Советском Союзе 4 октября 1957 г., положил начало освоению космического пространства. Успехи в развитии ракетной техники и астронавтики за истекшие годы внесли много нового в уже сложивщиеся науки, привели к рождению новых наук, и среди них космической биологии.
И хотя наши первые эксперименты с собаками на геофизических ракетах относятся к 1949 г., космическая биология как самостоятельная наука сложилась именно после 1957 г., когда стали возможны достаточно длительные опыты над животными и растениями непосредственно в космосе, на искусственных спутниках и космических кораблях.
Космическая биология изучает влияние на живые организмы Земли факторов космического полета и космического пространства. Одна из ее проблем - обеспечить жизнь людей в космических летательных аппаратах, на орбитальных и планетных станциях. Ученые также занимаются поиском и изучением внеземных форм жизни.
Необходимость биологических исследований при освоении космического пространства предвидел еще в 1908 г. К. Э. Циолковский. Один из первых советских ракетостроителей Ф. А. Цандер проводил опыты по использованию растений для регенерации воздуха. Теперь биологические эксперименты и наблюдения над животными проводятся в космосе. На советских спутниках и кораблях побывали собаки Лайка, Стрелка и Белка, Пчелка, Мушка, Чернушка, Звездочка, Ветерок, Уголек, а также мыши и крысы, черепахи, растения (традесканция и хлорелла), насекомые (дрозофила). Объектами эксперимента были кожная ткань человека и кролика, раковые клетки, вирусы, множество микроорганизмов. В опытах, проведенных американскими учеными, участвовала и обезьяна.
Все эти исследования обогатили космическую биологию. Диапазон объектов ее изучения широк - от сложных сообществ различных организмов и взаимодействия живых организмов и машин до тонких механизмов внутриклеточной регуляции и молекулярной генетики.
Эта отрасль биологии, как ни одна другая, органически связана с физикой, химией, медициной, электроникой, аэродинамикой, астрономией, геофизикой и др.
При проведении биологических экспериментов в космосе исследователь часто оказывается отдаленным на сотни и тысячи километров от животных, растений, микроорганизмов и других изучаемых объектов. В связи с этим все необходимое в опыте делают автоматические устройства, их действия заранее программируются. Различные датчики учитывают все физиологические процессы и состояния организмов: частоту дыхания, кровяное давление, пульс, нервное возбуждение, скорость роста, интенсивность фотосинтеза, скорость размножения водорослей или бактерий и др.
Управляют опытами с помощью дистанционных радиосистем. Результаты приходят на Землю по радиотелеметрическим линиям в виде специальных кодов. Электронные вычислительные машины расшифровывают и обрабатывают полученную информацию, после чего она поступает в распоряжение ученых.
Таким образом, экспериментатор и исследуемый объект связаны целой системой радиотелеметрических устройств.
Какие же факторы влияют на живые земные организмы при полете в космос и в самом космическом пространстве?
Во-первых, это факторы, связанные с динамикой полета космического аппарата. При старте ракеты и с возрастанием скорости ее движения возникают и быстро увеличиваются перегрузки. Быстро растет вес всех тел на корабле, увеличиваясь в 5-10 раз, а иногда и больше. Работа мощных двигателей ракеты вызывает сильные шумы и вибрации.
С выходом корабля на орбиту, или траекторию свободного полета, в кабине наступает состояние невесомости.
Воздействие на живые организмы перегрузок, вибрации, шумов, невесомости - все это в поле зрения космической биологии. Особенно важно изучить последствия длительного состояния невесомости. Этим занимается один из разделов той же науки - гравитационная биология.
Опыты показывают, что состояние невесомости (если оно не слишком длительно) не отражается губительно на жизнедеятельности организмов. Однако еще не ясно, не будет ли чрезмерной нагрузкой для земных организмов возвращение в условия земного притяжения после длительного состояния невесомости. Кроме того, неизвестно, насколько глубоко воздействие земного притяжения на физиологию клетки, на образование и развитие зародышей. Есть предположение, что сила тяжести оказывает влияние в первых стадиях на дробление оплодотворенной яйцеклетки.
Особенно чувствительными к состоянию невесомости могут оказаться растения в период развития, ведь и на них сильно влияет земное притяжение и, как известно, под его действием растения ориентируются в пространстве. Важно знать, как будут протекать эти процессы, если сила тяжести отсутствует, и какова минимальная сила тяжести для нормального развития различных организмов. От этого может зависеть конструкция будущих обитаемых космических аппаратов.
Во-вторых, это факторы космического пространства. Живые организмы подвергаются действиям космических и гамма-лучей, рентгеновского излучения, ультрафиолетовых лучей. Космическая биология изучает их действие в сочетании с невесомостью, перегрузками, вибрациями, своеобразным тепловым режимом и др., определяет их дозы, допустимые для жизни, а также средства необходимой защиты.

И, наконец, фактор изоляции. Ограниченность пространства и свободы движений в сравнительно небольших герметизированных кабинах космических кораблей, монотонность и однообразие обстановки, отсутствие многих привычных для жизни условий - все это необычно для земных организмов. Поэтому ученые проводят специальные исследования высшей нервной деятельности высокоорганизованных существ, в том числе и человека, выясняют, насколько приспособлены они к длительной изоляции и как сохранить в этих условиях их работоспособность.
Космической биологии предстоит сложный поиск надежных систем, которые неограниченно долго могли бы обеспечивать жизнь людей в корабле и снабжали бы их всем необходимым для нормальной жизни в случае высадки на другие планеты.
Ученые полагают, что если на борту корабля и планетных станций разместить сообщества определенных растительных и животных организмов, космонавты смогут иметь кислород, пищу и воду, а накапливающиеся в результате жизнедеятельности углекислота и различные отходы будут использоваться повторно.
Полный биологический круговорот веществ на Земле обеспечивается взаимодействием различных организмов, в котором важное место занимают зеленые растения. Используя солнечный свет, они связывают углекислоту, синтезируют органические вещества, выделяют кислород и создают тем самым условия для жизни других организмов. Имея в виду именно эту особенность растений, еще К. А. Тимирязев отмечал "космическую роль зеленых растений".
Зеленые растения на кораблях при неограниченном солнечном свете позволят создать такие замкнутые системы (космонавт станет их составной частью), в которых одно и то же взятое с Земли количество веществ будет находиться в непрерывном круговороте. Эти системы названы замкнутыми экологическими комплексами. (Экология - наука о взаимоотношениях растений и животных с окружающей средой.)
Человек, поглощая кислород, будет выдыхать углекислоту. Растения же, поглотив углекислоту, создадут из нее пищевые вещества и выделят кислород. Все отходы человеческого организма будут полностью использованы для питания растений.

Особенно интересны в этой связи одноклеточные зеленые водоросли, такие, как (хлорелла. Она быстро размножается и очень питательна. Хлорелла может расти насточных водах и их очищать. Для ее культивирования создаются самонастраивающиеся автоматические аппараты. Кроме растений, в экологическую систему будут включены определенные животные и некоторые микроорганизмы.
Энергию для многих процессов даст солнце.
Работа по созданию замкнутого экологического комплекса связана с большими трудностями. Все звенья такого биологического сообщества должны быть строго согласованы друг с другом, управляемы и надежны.
Людей издавна интересует: есть ли жизнь на других планетах, какова она, может ли жизнь быть занесенной с одного небесного тела на другое, как изменяются при этом ее формы и свойства?
Ученые давно предполагают, что жизнь существует не только на Земле. Но неопровержимого, научного доказательства этого до сих пор нет.
Попытки решить, существует ли жизнь на Марсе, наблюдениями с Земли с помощью

оптических инструментов оказались бесплодными. Полеты в космическое пространство позволили начать изучение жизни вне Земли опытным путем. Поисками и изучением простейших форм жизни в космосе, а также изучением жизни на других планетах занимается экзобиология - составная часть космической биологии. Автоматические устройства на искусственных спутниках, ракетах и автоматических планетных станциях дают возможность брать пробы в самом космическом пространстве, чтобы обнаружить органические вещества, микроорганизмы и споры внеземного происхождения. Межпланетные автоматические станции, подобные станциям "Луна-9", "Луна-13", позволят брать пробы непосредственно с поверхности небесных тел.
Космические аппараты могут случайно перенести на другие планеты земные организмы, которые способны развиваться в новых условиях и подавить существовавшую там до этого жизнь или же остаться на этих планетах в "земном" или измененном виде, а человек, когда-либо попав туда, будет введен в заблуждение, приняв земные организмы за внеземные. И наоборот, возвращающиеся на Землю корабли могут занести внеземные микроорганизмы, которые в земных условиях могут вызвать непредвиденные вспышки новых заболеваний.
Важность контроля в этой области не подлежит сомнению. Он возложен также на экзобиологов.

В августе 1960 г. Стрелка благополучно вернулась из космического полета. Тот факт, что Стрелка принесла щенят, имеет большое медико-биологическое значение. Сейчас ученые наблюдают уже не только за ними, но и за их потомством.

В.Е. Семененко

Размещение фотографий и цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.

Почти два года назад, 16 января 2016 года, в космической оранжерее Veggie на американском сегменте МКС зацвела цинния. Астронавт Скотт Келли в своем восторженном твите назвал ее «первым цветком, зацветшим в космосе».

Восторг астронавта можно понять: он вырастил эти растения из семян, ухаживал за ними, спасал от засухи, наводнения и нашествия плесени. Но он ошибся. Растения в космосе и раньше неоднократно росли, цвели и даже давали семена. Еще Циолковский говорил о том, что растения необходимы человеку для освоения космоса, чтобы служить источником пищи и кислорода. И с самого начала космической эры растения сопровождают человека в освоении внеземного пространства. Однако в отличие от людей и животных они часто остаются безызвестными участниками космических полетов. Давайте вспомним основные вехи космического растениеводства.

Первым растением, зацветшим в космосе и давшим семена , стала Arabidopsis thaliana , или резуховидка Таля. Арабидопсис зацвел в 1982 году на советской космической станции «Салют-7», в микрооранжерее «Фитон-3», благодаря усилиям космонавтов Анатолия Березового и Валентина Лебедева. Мелкий невзрачный сорняк, который живет всего пару месяцев, цветет крохотными белыми цветочками и дает множество семян. За это его и полюбили молекулярные биологи и физиологи растений всего мира. Неприхотливый, занимает мало места, быстро растет и дает много материала. Последние десятилетия это основной объект генетики и молекулярной биологии растений. Эти его свойства - малый размер и неприхотливость - оказались удобны и для космических исследований. В космических аппаратах места мало и создать растениям идеальные условия непросто.

А вообще первым растением, которое побывало в космосе и вернулось обратно , была кукуруза. Ее семена отправились в суборбитальный полет в июле 1946 года на ракете «Фау-2» (V-2), собранной в США из немецких трофейных запчастей. Согласно директиве министерства обороны США, начиная с 1946 года на каждой запущенной ракете этой серии должны были находиться экспериментальные образцы для ученых. Семена кукурузы и плодовые мушки дрозофилы были первыми подобными образцами. Ученые планировали исследовать действие космической радиации на живые организмы.

Полностью по орбите вокруг Земли первыми из растений пролетели традесканция, водоросль хлорелла, семена кукурузы, пшеницы, гороха и лука. Они отправились в космос на втором «Спутнике» в 1960 году, вместе с Белкой и Стрелкой.

Первым растением, съеденным в космосе , стал лук. Его вырастили в 1978 году на космической станции «Салют-4» в установке «Оазис» космонавты Владимир Ковалёнок и Александр Иванченков. Задачей эксперимента было - отработать условия выращивания растений и получить от них цветы и плоды с семенами. У лука нужно было срезать несколько стрелок, чтобы он не сгнил. Александр Машинский, в то время один из руководителей биологической группы НПО «Энергия», рассказывает , что часть этих стрелок космонавты съели, даже не спросив разрешения начальства.

Первые растения, облетевшие Луну, - деревья пяти хвойных и лиственных пород: сосна, пихта, секвойя, платан и ликвидамбар (лиственное дерево, распространенное на востоке Северной Америки). Около 500 семян этих деревьев отправились в космос в 1971 году на корабле «Аполлон-14» вместе с Аланом Шепардом и Эдгаром Митчеллом. Пока Шепард и Митчелл работали на поверхности спутника, их коллега Стюарт Руса облетал Луну на командном модуле. В начале своей карьеры Руса был членом парашютного пожарного отряда лесной охраны, и у него остались знакомые в Службе леса США. Они попросили его взять с собой в космос семена.

После возвращения на Землю эти семена прорастили и получили около 450 саженцев. Их посадили на территории объектов НАСА, университетов, парков и государственных учреждений в США. Одно такое «лунное дерево», сосна, растет на территории Белого дома. Несколько саженцев были отправлены в другие страны, в том числе в качестве подарка императору Японии. Другие «лунные деревья» посадили рядом с их собратьями, выращенными из семян, оставшихся на Земле. Спустя годы после посадки эти деревья практически неотличимы.

Одно из лунных деревьев, растущее в Форт-Смите, в штате Арканзас. Фото: Jesse Berry / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0

Первое растение, «слетавшее» на Марс, - китайская капуста. Это листовая капуста, внешне похожая на салат-латук. Именно ее в оранжерее «Фитоцикл-СД» выращивали участники эксперимента «Марс-500» - пробного «полета» на Марс, который состоялся в 2010-2011 годах. В ангаре, стоящем на территории Института медико-биологических проблем РАН в Москве, построили макет марсианского корабля. В нем экипаж из шести человек провел 520 дней. За эти дни участники эксперимента отработали все этапы полета на Марс, включая выход на поверхность красной планеты, обрыв связи с Землей и даже пожар на корабле. В программу «полета» были включены и научные эксперименты, в том числе отработка методики выращивания китайской капусты в космической оранжерее, специально сконструированной для выращивания растений в невесомости. К сожалению, полакомиться свежей зеленью «космонавтам» не удалось: растения выросли мелкими и чахлыми. Предполагают, что причина этого - наличие в атмосфере «корабля» этилена и других газов, угнетающих рост растений. В реальном космическом корабле потребуется поставить воздушные фильтры на входе в отсек с оранжереей. Кроме капусты «космонавты» выращивали в обычной, земной оранжерее другие овощи - лук, сладкий перец, редис, томаты и пр. А в кают-компании стояла небольшая оранжерея для цветов.

По-настоящему же на Марс пока - кроме роботов - никто не летал. На межпланетной станции «Фобос-грунт», которую планировали отправить к одному из спутников Марса - Фобосу, должны были лететь различные живые организмы, в том числе семена редиса и ячменя. Запуск состоялся 9 ноября 2011 года, но во время запуска не сработала маршевая пусковая установка, и станция осталась на низкой околоземной орбите. В январе 2012 года ее обломки упали в Тихий океан, семена погибли вместе с ними. Так что освоение Марса живыми существами еще впереди.

Первые растения, вышедшие в открытый космос, - несколько сельскохозяйственных растений и модельных объектов: горчица, рис, томат, редис, ячмень, арабидопсис и никандра. В 2007-2008 годах их семена провели тринадцать месяцев в специальном контейнере на внешней обшивке МКС, в рамках второго этапа эксперимента «Биориск». Первый этап, завершившийся в 2006 году, включал только бактерии и грибы - ученые пытались понять, насколько эти микроорганизмы могут повредить внешнюю обшивку станции. На втором этапе к эксперименту добавили и другие биологические объекты: семена растений, икринки рыб, яйца раков, личинки насекомых. Томаты не выдержали условий открытого космоса, а вот семена других растений сохранили всхожесть, и из них уже на Земле выросли нормальные растения.

Первые растения, выросшие в «марсианской» и «лунной» почвах, - 14 видов растений, участники эксперимента, который в 2013 году провели голландские ученые под руководством Вигера Вамелинка. Для эксперимента они взяли томаты, рожь, морковь, кресс-салат и несколько видов дикорастущих растений. Их вырастили на созданных в НАСА образцах почвы, по составу такой же, как марсианский и лунный грунт. На лунной почве семена плохо прорастали, растения выросли мелкими и хилыми.

Горшки с проростками в «марсианской» (M), «лунной» (L) и «земной» (Е) почве из эксперимента Вамелинка. Фото: Wamelink et al. / PLoS ONE / CC BY 4.0

А вот в марсианском грунте растения чувствовали себя хорошо и дали биомассу не хуже, чем у контрольных растений, выращенных в земном грунте с речного дна. А кресс-салат и дикорастущее растение полевая горчица даже дали семена. То есть в марсианской почве вполне реально пытаться вырастить растения, что будет полезно для будущих обитателей марсианской колонии. Но необходимы еще эксперименты, которые бы учли не только состав марсианской почвы, но и гравитацию, освещенность, состав атмосферы и другие условия.