Назад на Землю. Что мне открыла жизнь в космосе о нашей родной планете и о миссии по защите Земли - Николь Стотт

на МКС в качестве астронавта и иметь возможность помогать ученым на Земле осуществлять всевозможные исследования. Часто у нас не было опыта в определенной области, поэтому мы тренировались и учились быть исполнителями. Мы становились руками, глазами и ушами ученых, которые разработали эксперименты и доверили нам осуществить их. Мы очень серьезно подходили к этой задаче. Для большинства этих ученых исследования, которые мы выполняли на МКС, являлись главным делом жизни и, возможно, были единственным шансом получить необходимые данные.

Мы также говорили о том, какими хорошими «объектами» исследования были мы сами. Все в наших телах, когда мы живем в условиях микрогравитации в космосе, каким-то образом меняется, и почти все эти изменения можно изучать, соотнося с определенными особенностями тела здесь, на земле. Поэтому на протяжении полетов нам требовалось брать пробы практически всего, что мы выделяем, – крови, мочи, слюны, кожи, волос и пр., – а затем подготавливать образцы для замораживания и отправки на землю с целью изучения. Астронавты в космосе – превосходное суррогатное население для исследования влияния таких факторов, как потеря костной и мышечной массы, радиационное облучение, иммунитет, старение, зрение и даже изменения когнитивных способностей, все это обусловлено реакцией наших тел на пребывание в невесомости.

Занимаясь исследованиями в сфере биомедицины и здоровья человека, ученые рассматривают, как на заболевание влияют и генетика, и окружающая среда. На Земле мы обнаружили способы начать раскрывать генетическую составляющую уравнения с помощью таких программ, как проект «Геном человека»; в космосе ученые имеют дело с процессами, происходящими в совсем иной среде, так что им доступно изучение влияния на наши гены микрогравитации, интенсивного излучения и других экстремальных факторов среды.

Сотрудничество NASA с такими организациями, как Национальный институт здравоохранения (NIH), длится с самых первых дней программы полетов человека в космос, и это свидетельствует о признании ценности космической среды для исследований, а также параллелей и синергетики во всем, чему мы можем научиться в космосе, чтобы улучшить жизнь на Земле.

Сотрудничество NASA с NIH было активизировано в ходе программы МКС, и оно продолжается, поскольку обе организации делятся инновационными идеями для решения научных и технологических проблем путем совместного повторного поиска, что позволяет нам расширить масштабы исследований человека в космосе, одновременно делая лучше жизнь на Земле.

Дополняя рассказ Серены с описанием преимуществ исследований в условиях микрогравитации, доктор Кристофер Остин рассказал в блоге Scientific American о сотрудничестве NIH с NASA по изучению «многих факторов, которые медленно воздействуют на людей на Земле, но на астронавтов оказывают влияние гораздо быстрее». Доктор Остин, директор Национального центра развития трансляционных наук (NCATS) при Национальном институте здравоохранения. Он также является специалистом по нейрогенетике развития и был связующим звеном NASA с Министерством здравоохранения и социальных служб США (HHS) и NIH: «Для NASA это проблема, но для нас это реальная возможность… изучить эти нарушения в таком масштабе времени, на который на Земле потребовались бы годы и годы». Затем он заметил, что «люди издавна смотрели в небо и мечтали оказаться за его пределами. Сегодня ученые смотрят в это же небо в надежде понять то, что беспокоит нас на Земле».

В рамках казавшегося еще совсем недавно элементом научной фантастики подхода к биомедицинским исследованиям на МКС, благодаря сотрудничеству NASA и NIH началась серия экспериментов под названием «Тканевые чипы в космосе». Во многих случаях сам астронавт по-прежнему считается лучшим объектом исследования, однако столь же часто это для него небезопасно. В этих случаях ученым приходится подыскивать альтернативные модели или субъекты, и они часто используют животных, которые, как правило, плохо способны заменить человека. «Тканевые чипы» предоставляют отличную и удобную альтернативу, и я думаю об этом с большим облегчением, так как никогда не была сторонницей использования подопытных животных.

Тканевые чипы, исследования которых находились тогда еще на ранней стадии, – передовая система миниатюрных, размером с флешку, 3D-моделей реальных тканей человеческих органов, таких как клетки сердца и почек. С их помощью можно имитировать функции человеческого организма и проверить, как они реагируют на стрессы, медицинские препараты и даже генетические изменения. По словам ученых, тканевые чипы функционируют, словно группа крохотных астронавтов, которых можно изучать в космосе. Подвергая чипы действию микрогравитации, ученые получают дополнительные преимущества для исследования, так как изменения в клетках человека в невесомости схожи с ускоренной версией процессов старения и развития заболеваний, и поэтому ученые могут в течение нескольких недель проводить наблюдения, требующие на Земле несколько лет лабораторных исследований.

* * *

Помимо исследований, проводимых на МКС в области здоровья человека в космосе и на земле, там постоянно ведутся научные наблюдения по изучению здоровья нашей планеты и состояния планетарной системы жизнеобеспечения.

Серена рассказала мне, что один из обнаруженных ею способов объяснить всю важность работы, выполняемой на космической станции, – перевести объяснение на личный уровень: установить с аудиторией такие взаимоотношения, чтобы людям было не все равно. Чистый воздух для дыхания и чистая вода для питья нужны каждому, и поэтому просто бывает объяснить, как исследования, которые мы проводим на космической станции (и даже то, как работа станции по обеспечению нас в космосе чистым воздухом и водой), могут помочь гарантировать, что эти ресурсы по-прежнему будут доступны на земле.

За время пребывания на МКС Серена провела два эксперимента, связанных с производством водорослей: один назывался «Космические водоросли», а другой – «Фотобиореактор». Целью эксперимента «Космические водоросли» было исследовать генетическую основу производства водорослей, культивируемых в космосе, и определить, нужна ли для этого их генетическая адаптация. Водоросли способны воспринимать микрогравитацию как физический стресс, который может стимулировать выработку ценных соединений (например, кислорода), что можно будет использовать для производства фармацевтических средств и других продуктов, связанных со здоровьем. «Фотобиореактор» – мелкомасштабная замкнутая система, ее используют, чтобы продемонстрировать, как микроводоросли могут эффективно преобразовывать воду, свет, углекислый газ и метан, поглощаемые из среды на МКС, что можно было бы использовать для стабильного получения кислорода и биомассы (продуктов питания). Оба этих эксперимента имеют одинаково полезное применение в космосе и на Земле.

С внешней стороны на МКС установлено научное оборудование под названием Гиперспектральный визуализатор прибрежного океана (HICO)[17]. Благодаря высоте и наклону орбиты космическая станция пересекает около 80 % поверхности Земли, в том числе все тропические и большую часть умеренных прибрежных районов, где цветение вредных водорослей представляет серьезную угрозу. В силу этого МКС – идеальная платформа для прибора типа HICO и для изучения цветения в прибрежных водах водорослей, вроде «красного прилива» (с чем хорошо знакомы жители Флориды). Другие датчики на борту станции использовались для мониторинга растительности, условий на