Онлайн библиотека PLAM.RU  




18. Мыши-астронавты

Наша неосведомленность относительно организации живого, того, как оно функционирует, в целом настолько глубока, а отсутствие настоящей теории (в том смысле, в котором употребляет этот термин физик) настолько полно, что мы не можем позволить себе роскошь утверждать, что космическое окружение не принесет нам никаких сюрпризов. Короче, мы не можем позволить себе быть настолько самонадеянными, чтобы лишиться из-за этого возможности сделать открытие первостепенной важности.

(Колин С. Питтендрай, 1963)

Роберт Линдберг, руководитель лаборатории биоастронавтики (Готорон, Калифорния), считает, что для исследователей космоса чрезвычайно важно знать, как поведут себя живые часы, когда они выйдут за пределы сферы действия всех сил, окружающих Землю. От реакции биологических часов на столь резкое изменение внешних условий зависит здоровье космонавтов, все дальше уходящих в глубокий космос. А для выяснения этого необходимы эксперименты над самыми разными животными.

«Если циркадные ритмы человека каким-то образом связаны с сигналами, поступающими из земного окружения, — пишет Линдберг, — тогда вероятность успешно справиться с длительными космическими полетами заметно снижается. Поэтому изучение циркадных ритмов в условиях глубокого космоса является столь же первоочередной задачей, как и измерение интенсивности жесткого космического излучения».

Исключительно ценную информацию могут дать не только полеты в глубокий космос, например на Марс, но и полеты небольшой автоматической лаборатории с живыми объектами по земной орбите, по орбитам вокруг Луны и вокруг Солнца. Летательные аппараты на этих орбитах, по крайней мере теоретически, подвержены некоторому влиянию земных полей. Спутник с орбиты, удаленной от земной поверхности на триста или четыреста километров, будет периодически приближаться к Земле и удаляться от нее, испытывая при этом циклически меняющееся влияние близости Земли. Организмы, находящиеся на борту такого аппарата, с неизбежностью ощутят этот ритм, и их циркадные ритмы замаскируются. Оба эти эффекта станут ничтожно малыми при переходе на гелиоцентрическую орбиту.

Так ли уже фантастичен полет космического корабля по гелиоцентрической орбите? Вероятно, он станет реальностью гораздо раньше, чем мы предполагаем. Общеизвестно, что прогресс человечества развивается по экспоненте, иными словами, скорость его развития не постоянна, а увеличивается с течением времени. Например, в области биологических ритмов за последние двадцать лет было достигнуто больше успехов, чем за предыдущие двести. Поэтому нельзя считать преждевременным обдумывание и разработку экспериментов, которые ставят целью выяснить, как будут вести себя растения, животные и человек в условиях глубокого космоса.

Подобно многим «недремлющим», Р. Линдберг пришел к изучению биологических ритмов из совсем другой области биологии. После защиты докторской диссертации в Калифорнийском университете в 1952 году он занялся исследованиями в Комиссии по атомной энергии. Работая на испытательной станции в пустыне, он изучал действие радиоактивных осадков на местных животных: кенгуровую крысу, белоногую и карманчиковую мышей.

Обычно Линдберг отлавливал этих животных и отправлял их в лабораторию Университета Лос-Анджелеса для определения действия радиоактивных осадков на хромосомы. Поскольку биопробы проводились на вскрытых животных, ему не было нужды сохранять их живыми. Тем не менее было очень важно, чтобы они поступали в лабораторию минимально изменившимися. Поэтому Линдберг помещал своих пленников в пластиковые пакеты и тут же укладывал в контейнер с сухим льдом. Предполагалось, что животные быстро погибали от холода или задыхались от углекислого газа. В лаборатории этих хорошо сохранившихся животных оттаивали и использовали для биопроб.

Как-то раз Линдберг сам принес контейнер с животными, выгрузил с грохотом замерзшие пакеты на стол и сел поболтать с сотрудниками лаборатории. Разговор, очевидно, был долгим, поскольку его пакеты успели хорошо прогреться. Внезапно беседа оборвалась, и Линдберг с изумлением уставился на стол — подпрыгивало несколько пластиковых пакетов.

Линдберг схватил один из них и, заглянув внутрь, увидел карманчиковую мышь, живую и активную, как прежде. Позднее выяснилось, сколь необычным созданием является этот маленький зверек. Хотя карманчиковая мышь и теплокровное животное, при снижении температуры она тотчас же переходит в состояние оцепенения, и тогда без всякого вреда для нее ее можно замораживать. При оттаивании температура тела животного быстро повышается, оно выходит из состояния оцепенения и сразу же становится активным.

Какое подходящее животное для экспериментальной работы! Идеи одна за другой возникали в голове Линдберга. Ведь под рукой было животное, активность которого можно было приостанавливать — и, возможно, на долгий срок — простым охлаждением. Безусловно, это животное, как и другие, обладает суточным ритмом двигательной активности. Весьма вероятно, что и изменение температуры тела у него имеет явно выраженный суточный ритм. В любом случае этот зверек представлял собой новый многообещающий объект для изучения биологических ритмов.

Тем временем 4 октября 1957 года в Советском Союзе был выведен на орбиту первый искусственный спутник Земли. Воображение Линдберга быстро установило связь между вероятностью скорой отправки человека в космос и экспериментальным животным, которое способно переносить низкие температуры и почти полное отсутствие кислорода. Представлялась уникальная возможность участвовать в космических исследованиях, и в 1959 году он перешел работать в авиационную фирму «Нортроп Корпорейшн». Там он, став руководителем лаборатории биоастронавтики, отдает много времени и сил отработке топкого и надежного объекта для экспериментов в космосе.

Содержание карманчиковой мыши (Perognathus Iongimembris) в условиях космоса практически не представляет проблем. Этот зверек весит около девяти граммов, совсем не пьет воды, а питается только сухими семенами. Поэтому за день он выделяет меньше капли мочи и крохотные сухие комочки помета без запаха. Потребность мыши в кислороде так мала, что ее можно долгое время держать в запаянной консервной банке. Охлаждением мышь можно перевести в состояние длительной спячки, из которой ее легко пробудить простым повышением температуры.

У этого существа наблюдаются два вида четко выраженных и легко поддающихся измерению ритмов: ритм двигательной активности и ритм изменения температуры тела. Наиболее достоверные результаты дает ритм изменения температуры тела. Карманчиковая мышь является так называемым факультативно-гомойотермным животным. В активном состоянии температура тела этого теплокровного животного чуть ниже, чем у человека (34–35,5 °C), а в состоянии, когда мышь впадает в оцепенение, она снижается до температуры окружающей среды.

Линдберг выяснил, что момент, когда карманчиковая мышь в естественных условиях входит в состояние оцепенения, является довольно четким показателем ее циркадного ритма. Но этот показатель иногда дает отклонения (отдельная мышь может пропустить день, вообще не впадая в состояние оцепенения, да и момент, когда мышь переходит в оцепенение, оказался весьма изменчивым). Поэтому Линдберг стал пользоваться моментом выхода из оцепенения, оказавшимся значительно более точным показателем.

Следующий этап исследований состоял в том, чтобы найти удобные и надежные методы регистрации температуры тела: один — для использования в земных условиях, другой — для получения информации, которую можно было бы хранить в космическом корабле и по команде передавать на Землю. Идеальными для этого могли оказаться быстро развивающиеся методы телеметрии. Уже были усовершенствованы крошечные радиопередатчики, используемые для изучения поведения животных в естественной среде. Уже проводились наблюдения за свободным перемещением галапагосских черепах, за числом сердечных сокращений у птиц во время полета и даже за колебаниями внутриглазного давления у человека.

Линдберг разработал телеметрическую аппаратуру для записи изменений температуры тела и периодов двигательной активности своих карманчиковых мышей. Радиопередатчик раз в десять меньше двухкопеечной монеты можно было помещать в брюшную полость мышей, не причиняя им никакого вреда. Он получал питание от крошечного ртутного элемента, имел чувствительность в одну десятую градуса и срок годности, равный двумстам пятидесяти дням. Кроме того, исследователь предусмотрел приемно-регистрирующую систему, которая каждые пять минут могла снимать показания термометра и хранить их для передачи на Землю при каждом обороте спутника.

Располагая исключительно удобным подопытным животным и оборудованием для записи ритмов поведения этого животного в любых экспериментальных условиях» Линдберг обратился за советом и помощью к К. Питтендраю, имевшему большой опыт исследовательской работы в области биологических ритмов. Питтендрай заинтересовался столь увлекательным сотрудничеством, и они разработали схему блока для животных и приборов, а также схему, обеспечивающую выполнение всей экспериментальной программы в условиях космического полета.

Первоначально блок для животных состоял из шести тонкостенных алюминиевых цилиндров от 30 до 45 сантиметров длиной и около четырех сантиметров диаметром. В этих цилиндрах должны были разместиться шесть карманчиковых мышей. Через цилиндры предполагалось пропускать под нормальным давлением воздух нормальной температуры. Кроме того, в каждом цилиндре был предусмотрен 30-дневный запас очищенных семян подсолнечника. Торцы цилиндров были закрыты крупной сеткой, которая в условиях невесомости задерживала полноценные семена, но пропускала крошки семян и помета в ловушку для мусора. Мочу должна была впитывать асбесто-целлюлозная подстилка, которая отделяла электронные приборы от мыши. Алюминиевые цилиндры размещались в два этажа по три цилиндра в каждом и монтировались над блоком приборов. Такой совершенно автономный контейнер для тридцатидневного полета шести мышей, включающий оборудование для обработки и хранения информации, а также систему контроля окружающих условий, будет весить не более двенадцати килограммов, занимать объем не более 0,03 кубического метра и потреблять всего 12 ватт электроэнергии.

В начале шестидесятых годов Американский институт биологических проблем учредил пять региональных исследовательских советов, с тем чтобы они подготовили рекомендации для программы биологических исследований на управляемой человеком орбитальной космической станции. В октябре 1966 года эти рекомендации были готовы. Среди них были следующие рекомендации по исследованию биологических ритмов:

Живым организмам свойственна ритмичность многих их функций. Существует несколько видов биологических ритмов — суточные, лунные, годовые. Биологические ритмы находятся под влиянием и внешних и внутренних факторов (последними в некоторых случаях можно искусственно управлять). Изучать биологические ритмы лучше всего сопоставляя организмы, стоящие на различных уровнях организации.

Поскольку многие из этих ритмов связаны с влиянием земного окружения, представляется чрезвычайно интересным и важным их изучение в условиях близких к космическим. Такие исследования могут дать информацию о механизмах биологических ритмов, а также об эффектах, возникающих при нарушении обычных связей с внешней средой. Последний аспект непосредственно связан с потенциальными неудобствами и опасностями космических путешествий.

Весьма вероятно, что биологические ритмы влияют на результаты большинства биологических экспериментов, проводимых на борту спутника, и это следует учитывать в постановке таких экспериментов и при анализе получаемых данных.

Обогащенный новыми знаниями о реакции живых организмов на необычные условия, человек получает возможность управлять окружающей средой. И кто знает, не будет ли этому способствовать изучение ритмов карманчиковых мышей-астронавтов.





Главная | Контакты | Нашёл ошибку | Прислать материал | Добавить в избранное

Все материалы представлены для ознакомления и принадлежат их авторам.