На поверхности МКС обнаружены ДНК живых существ

Испытатель отрабатывает приемы работы с тест-системой по забору биологических проб с внешней оболочки МКС. Фото Зои Цыганковой

В последнее время внимание ученых во всем мире все больше и больше привлекает проблема жизнеспособности микроорганизмов в условиях космического пространства. Не остались в стороне и отечественные исследователи. Совсем недавно, например, на эту тему появились публикации специалистов ЦНИИ машиностроения, Института медико-биологических проблем РАН, НИИ вирусологии им. Д.И. Ивановского, Института прикладной геофизики им. акад. Е.К. Федорова, РКК «Энергия» им. С.П. Королева. Даже названия этих статей звучат интригующе: «Микробиологические объекты на поверхности МКС» и «Бактерии мирового океана и суши Земли в космической пыли на Международной космической станции: панспермия или ионосферный лифт». В беседе с журналистом Николаем ДОРОЖКИНЫМ о целях, содержании и результатах этой интересной работы рассказывает один из авторов этих публикаций, главный научный сотрудник РКК «Энергия», доктор технических наук Олег ЦЫГАНКОВ.

– Олег Семенович, как я понимаю, обнаружение живых микробов на поверхности МКС не было случайным событием?

– Конечно, не было. В настоящее время на российском сегменте (PC) МКС проводятся эксперименты с целью исследования выживаемости земных микроорганизмов на материалах, используемых в космической технике. Уникальность этих исследований в том, что они проводятся в условиях открытого космического пространства, с отбором микробиологических проб непосредственно с внешней поверхности орбитальной станции. Это в отличие от предыдущих экспериментов «Биориск» и «Экспоуз», в которых биологические тест-объекты доставлялись с Земли и экспонировались в специальных контейнерах.

Оказывается, на поверхности орбитальной станции могут находиться микроорганизмы – и содержащиеся в воздухе обитаемых отсеков или оставшиеся на внешней поверхности гермооболочки после выведения модуля на орбиту, и занесенные с космической пылью.

Ранее анализ выживаемости микроорганизмов непосредственно на внешней поверхности гермокорпуса не проводился. Не исследовалась и возможность проникновения продуктов неполного сгорания (ПНС) топлива и летучих органических соединений (ЛОС) под газопрозрачную экранно-вакуумную теплоизоляцию (ЭВТИ). Ведь внешние поверхности орбитальной станции могут подвергаться воздействию струй двигателей ориентации, транспортных кораблей и продуктов выброса из гермоотсеков компонентов газовой среды после ее очистки. Под воздействием факторов полета свежие осадки ПНС топлива и летучих органических соединений испаряются, а на поверхности может образоваться устойчивый осадок. Проникновение ПНС и ЛОС под экранно-вакуумную теплоизоляцию может привести к загрязнению металлического корпуса и его микродеструкции.

Особенно значима достоверная информация об аномальных процессах, снижающих ресурсные характеристики гермокорпусов, для изделий с длительным сроком существования и объектов высокой автономности. Например, для марсианского экспедиционного комплекса, лунной или марсианской, орбитальной или поверхностной станций.

Кроме того, проблема верхней границы биосферы Земли или существования внеземных биосфер является одним из вопросов миропонимания современного естествознания.

В этой связи была разработана программа «Тест» по исследованию возможностей развития микродеструкции гермокорпуса модулей PC МКС под воздействием составляющих собственной внешней атмосферы. В этой программе также предусматривается оценка условий для жизнедеятельности микрофлоры, в частности микроорганизмов-биодеструкторов. В соответствии с программой предусмотрен забор проб-мазков с внешней поверхности гермокорпуса, их гермоизоляция и возвращение на Землю для всестороннего анализа. Пробы берутся с модулей, находящихся в полете достаточно долгое время. На орбитальной фазе программы «Тест» исследования осуществимы исключительно силами экипажа в ходе внекорабельной деятельности. В перспективе возможно применение робототехники.

– Как это делается практически?

– Для реализации программы был создан прибор, удобный при работе космонавта в скафандре. Это моноблок с двумя глухими полостями, в которые ввернуты цилиндрические пробозаборники с салфетками, обработанными консервантом. Изюминка конструкции – выбор материала. Это отечественный фторопласт-4 – уникальный высокотехнологичный пластик, обладающий тепло-, морозо- и химической устойчивостью, хорошими диэлектрическими и антифрикционными свойствами, стойкий к воздействию разреженной атмосферы, солнечной радиации, не смачиваемый водой, не подверженный воздействию грибков, не поддерживающий горение, непроницаемый для жидкостей. Его рабочая температура – от минус 269 до 260 градусов Цельсия. Одно из ключевых свойств этого материала – проницаемость для гамма-лучей. Это позволяет стерилизовать устройство в собранном виде, что исключает его засорение земными микроорганизмами.

Перед шлюзованием устройство «Тест» помещается в общую укладку с выносимым оборудованием. Выйдя из шлюзового отсека, космонавт извлекает пробозаборник (при этом происходит естественное вакуумирование полости), прикасается салфеткой к намеченной точке поверхности, аккуратно вводит пробозаборник в полость и завинчивает его. Устройство «Тест» возвращают в шлюзовой отсек, атмосферное давление внутри станции способствует герметизации полости с пробозаборником. Моноблок находится в режиме хранения до возвращения на Землю в корабле «Союз».

В середине сентября 2010 года исследования по программе «Тест» были полностью подготовлены, устройство забора проб доставлено на PC МКС.

Простота конструкции прибора «Тест» и процедуры отбора проб, малое время на операцию позволят проводить системное тестирование поверхности. Отбор проб с внешней поверхности при ВКД возможен на каждом выходе космонавтов в открытый космос. Зона отбора проб может выбираться из перечня зон для тестирования в соответствии с маршрутом космонавта при выходе в открытое космическое пространство.

– Работы проводятся в несколько циклов?

– Пока их было три. Первый был начат 15 ноября 2010 года, когда Федор Юрчихин произвел забор проб-мазков с гермооболочки модуля «Пирс» под откидным клапаном ЭВТИ; с пятен на поверхности ЭВТИ в зоне дренажных клапанов системы жизнеобеспечения служебного модуля «Звезда». Два моноблока «Тест», содержащих взятые пробы, были подготовлены к возвращению космонавтом Дмитрием Кондратьевым и доставлены на Землю космонавтом Александром Калери.

Потом следовала наземная фаза программы «Тест», реализованная исследователями. Она носила многоаспектный характер. Выполнялись анализ проб на гептил, химический анализ на легколетучие вещества, микробиологический анализ.

Гептила и его производных в пробах не обнаружено. А вот анализ пробы, взятой в зоне расположения дренажного клапана, показал наличие всех летучих органических соединений, идентифицированных в атмосфере PC МКС. Причем в концентрациях в сотни и тысячи раз превышающих концентрации тех же соединений в атмосфере станции. Большинство ЛОС присутствовали и во всех остальных пробах, но в концентрациях на 2–3 порядка ниже.

Обнаруженные соединения могут оказывать химическое воздействие на металлическую поверхность корпуса и одновременно служить питательной средой для микроорганизмов, способных вызывать биоповреждения неметаллических и металлических материалов, в частности материала ЭВТИ.

В рамках микробиологического анализа жизнеспособных грибов не выявлено. В пробе, взятой с поверхности ЭВТИ в зоне расположения дренажного клапана, были обнаружены жизнеспособные бактерии вида Bacillus licheniformis. За счет образования спор они устойчивы ко многим неблагоприятным факторам внешней среды, могут быть потенциально патогенными для человека и являться биодеструкторами материалов, используемых в космической технике.

Второй цикл исследований по программе «Тест» был проведен 16 февраля 2012 года, когда бортинженер Олег Кононенко выполнил отбор проб-мазков с металлооболочки корпуса под ЭВТИ на модуле «Звезда». Исследовались процессы возможной биокоррозии на внешней поверхности гермокорпуса станции. Было установлено содержание металла в доставленных пробах. Оказалось, что содержание магния в пробе в 4,5 раза превышает содержание алюминия.

Третий цикл исследования по программе «Тест»: отбор проб с внешней поверхности иллюминатора провел Александр Мисуркин 22 августа 2013 года – с оправы иллюминатора и в зоне границы стекло-оправа. После расшифровки результатов бактериологических исследований оказалось, что в обеих пробах с иллюминатора обнаружены ДНК морского бактериопланктона (обитающего в Баренцевом море) родов Delftia sp., Mycobacteria sp. и ДНК, кодирующая 16S рибосомальную РНК. До этого образцы с поверхности МКС не исследовались на наличие нуклеиновых компонентов (ДНК или РНК) как маркеров наличия микроорганизмов.

Эксперимент подтвердил, что исследования молекулярными методами проб с внешней поверхности МКС позволят определить видовую специфичность обнаруженных микроорганизмов и их происхождение.

– Определить происхождение микроорганизмов – это значит выяснить, как они попали на поверхность МКС?

– Совершенно верно. А попасть туда они могли разными путями. Это контаминация при создании и выведении, работа систем МКС в полете, деятельность экипажа при выходах в открытый космос, перенос наземных аэрозолей с восходящей ветвью глобальной электрической цепи, диспергирование поверхности, собственно космическая пыль.

Результаты, полученные в эксперименте «Тест», говорят о необходимости тотального мониторинга внешней поверхности МКС для получения новых данных о составе обнаруживаемых микроорганизмов, их устойчивости в космическом пространстве и влиянии на материал оболочки МКС.

Продолжение экспериментов на внешней поверхности гермокорпуса позволит выявить источник загрязнения и оценить влияние его состава на развитие процесса микродеструкции металла и жизнедеятельность микрофлоры. Кроме того, мы получим возможность определить базовые требования к конструкции космических межпланетных аппаратов, исключающих засорения космоса земными формами жизни. Одна из самых интересных задач – оценить устойчивость спор микроорганизмов к неблагоприятным факторам окружающей среды и исследовать вероятные изменения их биологических свойств.

– Какие результаты программы «Тест» вы считаете наиболее интересными?

– Космический эксперимент «Тест» позволил получить прямые экспериментальные доказательства, подтверждающие, что на внешней стороне беспилотных и пилотируемых космических станций могут существовать жизнеспособные споры микроорганизмов, устойчивость которых к неблагоприятным факторам окружающей среды чрезвычайно высока.

Получены факты, подтверждающие, что возможен значимый массоперенос морского бактериопланктона до орбит МКС.

Высокая концентрация ДНК морских и наземных родов бактерий позволяет исключить разовую случайную контаминацию наземного происхождения.

Результаты трех экспериментов дают основание предполагать, что состояние поверхности в зоне отбора проб влияет на возможность сохранения микроорганизмов и их нуклеиновых компонентов. Жизнеспособные спорообразующие бактерии рода Bacillus выявлены только в зонах загрязнений поверхности, которые, возможно, служат питательной средой для микроорганизмов или обеспечивают их «сцепление» с поверхностью.

Экспериментально подтвержденное существование жизнеспособных спор микроорганизмов в космическом пространстве открывает возможность рассматривать гипотезы их переноса с инопланетных тел на Землю и с Земли на другие планеты. Это имеет огромное теоретическое и практическое значение.

– Что вы имеете в виду?

– Здесь уместно высказать некоторые соображения футурологического характера. Известна гипотеза Сванте Аррениуса о панспермии. Она предполагает, что микробы-путешественники могут быть занесены на Землю метеоритами и осколками комет из-за пределов Солнечной системы.

А еще есть гипотеза направленной панспермии, модификация идеи Аррениуса (Ф. Крик и Л. Оргел). Она базируется на предположении, что все живое на Земле возникло из одного клона микрорганизмов, сознательно занесенного на Землю высокоразвитой внеземной цивилизацией.

Учитывая генерацию с поверхности Земли водного аэрозоля, захватывающего и бактериопланктон, Земля сама может быть источником биокосмозоля, попадающего в околоземное пространство. Такой подход позволяет обсуждать идею панспермии по антиаррениусовскому механизму, при котором живое вещество не привнесено на Землю, но, напротив, активно рассеивается из биосферы Земли в космическое пространство.

Еще одно предположение заключается в том, что внеземные цивилизации могут закладывать информацию в генетическую структуру организмов, формируя, так сказать, биологический канал транскоммуникации. В этом случае обнаружение нуклеиновых кислот или следов их разложения, биологических или предбиологических объектов, идентифицируемых как живая материя, может рассматриваться в качестве сигнала или послания внеземной цивилизации. Таким образом, формируется выход на программы поиска внеземных цивилизаций – SETI и CETI. Эксперимент «Тест» и его продолжение – это реальные шаги в развитии экспериментальной экзобиологии.