Креветок обучают питаться в условиях микрогравитации для создания лунных баз

Фото из открытых источников

Насколько известно, в космосе естественным образом не существует пищи. Нам придётся брать её с собой, если мы хотим исследовать космические просторы. Одним из старейших и наиболее распространённых видов пищи на планете Земля являются морепродукты, однако мы удивительно мало знаем о том, как водные животные отреагируют на микрогравитацию, с которой они столкнутся в космосе. 

Новая статья исследователей из Окаямского университета науки Японии, недавно опубликованная в журнале Microgravity Science and Technology, призвана ответить на этот вопрос. В ней использован новый способ моделирования микрогравитации для наблюдения за реакцией ракообразных на космическую среду, и установлено, что они, вероятно, могут стать хорошими кандидатами на роль части будущей космической пищевой цепи.

Большинство экспериментов в условиях микрогравитации на Земле проводятся в камерах сброса или параболических полетах — оба метода обеспечивают лишь несколько секунд истинной «микрогравитации» и не подходят для более длительных исследований. Международная космическая станция предлагает альтернативу, но она чрезвычайно дорога и имеет очень ограниченное пространство для проведения дополнительных экспериментов. Поэтому исследователи обратились к альтернативному инструменту — клиностату.

Эти специализированные камеры быстро меняют ориентацию своего содержимого, изменяя гравитационное поле и имитируя, по крайней мере, некоторые эффекты микрогравитации. Они вращаются таким образом, что сочетание гравитации и центробежной силы в конечном итоге практически обнуляется через определенный промежуток времени. Эти установки хорошо работают для одноклеточных организмов и растений. Но они не столь эффективны для сложных животных.

Обычные клиностаты вращаются относительно медленно — всего 10-25 об/мин. Ловкое животное, помещенное в такой клиностат, может достаточно быстро переориентироваться, чтобы компенсировать действие центробежной силы, что сводит на нет утверждение о «микрогравитации», столь хорошо работающее с менее сложными организмами. Поэтому исследователи подумали: почему бы не создать клиностат, который вращается быстрее?

Они разработали специальный клиностат, вращающийся со скоростью около 130 об/мин — более двух раз в секунду. Такая высокая скорость вращения не дает сложным организмам, таким как креветки или рыбы, достаточно времени, чтобы переориентироваться в соответствии с гравитационным полем Земли, прежде чем машина изменит эту ориентацию. Другими словами, ускорение вращения позволяет этим образцам аквакультуры испытать настоящую псевдоневесомость.

С помощью своего нового сверхмощного клиностата исследователи начали экспериментировать на реальных животных. Первыми были молодые креветки курума. Исследователи создали контейнер для образцов с цифровой камерой и подсветкой и подвергли креветок 15-минутной имитации микрогравитации, внимательно наблюдая за ними, пока они пытались есть. Активное вращение вызывало сильное плескание воды внутри контейнера, создавая внутренний поток со скоростью примерно 0,15 м/с.

Чтобы компенсировать плеск воды, креветки держались за пластиковую сетку, которая находилась в контейнере. Они также ели только те гранулы корма, которые появлялись прямо перед их ртами, а не активно охотились, как это было бы в обычной среде с гравитацией 1G. Важно отметить, что когда течение воды прекращалось, креветки питались наиболее эффективно. К сожалению, трудно определить, было ли ограниченное пищевое поведение креветок вызвано плеском воды или микрогравитацией, но повышенная активность после прекращения движения воды является убедительным доказательством того, что креветки действительно будут активно питаться в условиях микрогравитации, если подвергнутся её воздействию.

Исследователи наблюдали не только за пищевым поведением, но и за генетическими изменениями. Они подвергли группу креветок 24-часовой имитации микрогравитации, а затем провели анализ онтологии генов (GO), сравнивая их РНК с РНК контрольной группы, которая подверглась обычной гравитации 1G. Были обнаружены резкие изменения в генах, контролирующих метаболический процесс хитина, а также в генах, управляющих развитием кутикулы. Поскольку обе эти особенности связаны с передвижением и экзоскелетом креветок, это убедительно свидетельствует о том, что «микрогравитация» влияет на их движение даже на биологическом уровне.

Поскольку креветки относительно крупные, и поэтому их сложно исследовать в статистически значимых масштабах, исследователи также провели дополнительный эксперимент с использованием артемии — более известной как артемия или «морские обезьянки». Их помещали в клиностат для непрерывного 4-дневного вращения, и исследователи наблюдали, как они успешно поедали водоросли, выделяли отходы от этого питания и значительно увеличивались в размерах. Другими словами, они жили в условиях микрогравитации, и, по-видимому, это не имело серьезных негативных последствий.

Однако эксперименты не все оказались полностью успешными. Первоначально исследователи хотели собрать данные и о каких-либо видах рыб, но камеры оказались неспособны справиться с этой задачей, что ограничило результаты, представленные в статье, не содержащими позвоночных, и создало большие возможности для следующего этапа исследований. К счастью, другие проекты также пытаются работать с рыбами в космосе, включая программу Lunar Hatch Program, которая надеется поместить оплодотворенную рыбью икру в воду на Луне, и SpaceGenFish, которая разрабатывает полностью автоматизированную систему аквакультуры для использования на МКС.

Однако на данный момент необходимы дополнительные исследования, если аквакультура должна сыграть решающую роль в обеспечении будущих космонавтов свежим мясом. Учитывая успех этой технологии на Земле и постоянную поддержку, которую получает её космический аналог, это, безусловно, не последний раз, когда мы услышим об использовании морских обезьянок в космических экспериментах.