Однако вернемся к проблеме растений, сопровождающих человека в космическом полете. В 2014 году на борту Международной космической станции начались исследования по выращиванию растений в мини-теплице Veggie. В теплице не только был выращен зеленый салат, но в январе 2016 года зацвели первые настоящие цветы, распустившиеся в невесомости (это были циннии). Рэймонд Вилер, директор департамента по обеспечению жизнедеятельности НАСА, признал, что подобные эксперименты весьма положительно сказываются на настроении астронавтов. По его рекомендации была интенсифицирована разработка биорегенеративных модулей жизнеобеспечения в космосе, которые посредством создания искусственных экосистем имитировали бы взаимодействие между микроорганизмами, животными и растениями, типичное для земной экологии, и в которых отходы одних служили бы ресурсом для других. В подобных модулях роль растений должна стать фундаментальной, поскольку именно они производят кислород и утилизируют углекислый газ с помощью фотосинтеза, очищают воду путем испарения и, в конце концов, поставляют свежие овощи.
Фотография лаборатории в Университете Флоренции, где мы с моими коллегами провели многие из исследований, которые я описываю в этой книге.
Выращивание растений в космосе, таким образом, неотделимо от процесса его освоения. Очень увлекательно думать о том, что исследование космоса, которое для человечества всегда было одним из столпов его воображаемого будущего, станет неразрывно связано с его древнейшей деятельностью – сельским хозяйством. Подобные соображения могут оскорбить уши инженеров и физиков, которые всегда рассматривали космические агентства как собственную, и ничью больше, вотчину. Раньше обнаружить ботаника – я уж не говорю про агронома – среди персонала космических учреждений было чем-то немыслимым. Однако в последние 20 лет ситуация изменилась. Даже самые непреклонные технократы вынуждены были признать, что присутствие растений действительно необходимо для исследования и колонизации космоса.
Суперцентрифуга, установленная в центре ЕКА в Нордвике (Голландия), позволяет создавать условия сильнейших перегрузок.
Упрощая, можно сказать, что для растения – так же, как и для любого другого существа – космическое пространство отличается от привычного, прежде всего из-за гравитации (существенно меньшей) и влияния космического излучения. Однако растения, растущие в космосе в условиях невесомости, несмотря на проявляющиеся иногда хромосомные сбои и изменения биологического цикла, умудряются успешно адаптироваться. Как недостаток силы тяжести, так и перегрузки, естественно, становятся источником стресса для них. Но, в отличие от других стрессогенных факторов: засухи, скачков температуры, засоленности почв, отсутствия кислорода и многих других, с которыми растения сталкивались на Земле за многие миллионы лет эволюции, отсутствие силы тяжести – это нечто принципиально новое. На нашей планете любое существо сталкивается с гравитационным ускорением, равным в среднем 9,81 м/сек2 (или 1 g). Гравитация при этом относится к фундаментальным силам, влияющим на любое биологическое создание и вообще на любой физический объект, находящийся на Земле. Физиология, метаболизм, структура, способы коммуникации, форма тела любого земного обитателя определяются этой силой.
Когда я утверждаю, что гравитация относится к универсальным силам, я хочу подчеркнуть, что она существует везде. Пусть очень слабо, но присутствует. Гравитация, равная нулю, существует исключительно в теории. На самом деле, вместо того, чтобы говорить о невесомости, было бы правильнее обсуждать микрогравитацию. На Земле мы тоже располагаем способами ее испытать, пусть и на короткое время.
Башня падения в Бременском университете – удивительное научное приспособление для изучения влияния микрогравитации короткого действия.
Чтобы ее ощутить, достаточно небольшого снижения силы тяжести (от 10-2 g до 10-6 g). Для того чтобы исследовать влияние гравитационных колебаний на растения, Европейское космическое агентство (ЕКА) предоставило ученым, помимо МКС, и другие технические средства и возможности: параболические полеты, Бременскую башню падения, научные ракеты и суперцентрифугу в Нордвике.
Башня падения представляет собой сооружение высотой 146 метров, построенной в Бременском университете. Внутри сооружения можно проводить эксперименты по свободному падению (так создаются условия невесомости) длительностью примерно в 5 секунд. Научные ракеты стартуют с базы в Кируне, в Швеции, и внутри можно поместить оборудование для эксперимента, невесомость длится около 45 минут. Суперцентрифуга ЕКА в Нордвике – огромная центрифуга, которая позволяет проводить эксперименты с массами до сотен килограмм. Эта установка позволяет воспроизводить влияние силы тяжести значительно большей, чем земная – до 2,5 g, которая действует на таких планетах, как Юпитер, и даже гораздо более массивных. Перегрузки будут действовать на растения при наборе скорости во время будущих космических полетов.
В течение нескольких лет моя лаборатория использовала все эти инструменты, чтобы исследовать влияние изменений гравитации на физиологию растений. Один из экспериментов Linv был нацелен на выяснение того, какие гены, отвечающие за проявления стресса, активизируются в невесомости, и мы смогли принять участие в последнем путешествии шаттла «Индевор» 16 мая 2011 года. Полученные результаты позволили сформулировать гипотезу о том, что изменения гравитационного ускорения, как я уже отмечал, сказываются на физиологии растения. Хорошим известием стало то, что, как и при стрессах, вызванных более распространенными причинами, растение может привыкнуть переносить вариации силы тяжести.
«Камешек в небе»
Мне всегда нравились космические исследования, завораживающий мир инженеров, ученых, безумцев и мечтателей, работающих в этой сфере. Поэтому, когда в 2004 году ЕКА приняло наше предложение по проведению экспериментов во время параболических полетов, первой же моей мыслью было: я стою на пороге вступления в один из самых эксклюзивных клубов мира, члены которого испробовали на себе состояние невесомости. Конечно, именно об этом я мечтал с самого детства, поглощая книги лучших фантастов мира.
Для того чтобы принять участие в параболическом полете, надо запастись терпением – пройти длительный медосмотр и преодолеть бюрократические препоны. Карты, формы, запросы, согласования, визиты ко врачам, анализы… Но оно того стоит. Я прекрасно помню все подробности моего первого полета – потом мне повезло участвовать в еще шести – на борту самолета Airbus A300-ZeroG, специально приспособленного ЕКА для этих целей. Мы вылетали из аэропорта Бордо-Мериньяк, во Франции.
В течение всей недели, предшествовавшей подготовке, наша итало-немецкая команда загружала на борт самолета необходимые для проведения экспериментов инструменты и оборудование. Мы собирались исследовать первые сигналы, испускаемые клетками корней ростков кукурузы в тот момент, когда они вдруг оказываются вне действия силы тяжести. Эксперимент был очень сложным – надо было измерить очень слабые электрические сигналы, которые, как мы предполагали, должны были зарождаться в определенной зоне корня (которая представляет собой сложный сенсорный орган) размером меньше миллиметра, в самые первые мгновения исчезновения силы тяжести. У нас не было ответов на огромное количество вопросов. Мы не знали, как вибрация самолета могла подействовать на измерение крайне чувствительных параметров. Мы не знали, сможет ли растение во время полета сохранять самочувствие, достаточное для быстрой реакции на изменение гравитации. Мы не знали, с какими условиями столкнемся, и сможем ли заменять растения во время эксперимента. Короче, мы были абсолютно не готовы к работе в столь непривычных условиях. Я бы ни за что не признался тогда, но у меня было ощущение, что мы занимаемся какой-то бессмыслицей.
Среди многих причин для беспокойства, одна особенно нервировала всех новичков, с которыми мы познакомились за неделю подготовки, мне же она казалась, наоборот, ерундой. Может быть, вы уже догадались, о чем шла речь? Все были убеждены, что параболические полеты воздействуют пренеприятным образом на желудок экспериментатора, да так, что самолет даже прозвали рвотной кометой. Но это как раз меня заботило меньше всего. Я никогда не страдал морской болезнью – полагал я наивно – и какие-то банальные проблемы с желудком не могли мне помешать провести эксперимент и совершить первые шаги в качестве астронавта.
После почти бессонной ночи, проведенной за придумыванием всех возможных ситуаций, которые могли бы помешать опытам, мы начали этот утомительный день в вожделенных синих комбинезонах ЕКА, которые выдают всем участникам полетов. Надев его, я ощутил себя настоящим астронавтом. Мне было как-то все равно, что он был на пару размеров больше, чем я обычно ношу. Он соответствовал всем остальным критериям – был синим, с ярким названием космического агентства и логотипом «Parabolic flight campaign». Это было восхитительно! Внушительное количество гигиенических пакетов, которое заполняло все карманы комбинезона, вызвало у меня только легкую улыбку.
Логотип последнего полета шаттла Индевор, на борту которого был поставлен наш эксперимент.
Во время первого полета – серия параболических полетов состоит из трех, день за днем – мне надо было проверить работу приборов, и, в случае штатного их функционирования, я должен был непременно сделать пару-тройку опытов. Самолет взлетел и взял курс на Атлантику, над океаном он выполняет последовательность из тридцати парабол. Во время каждой примерно на 20 секунд наступает состояние невесомости.
Каждая парабола начинается с фазы 30-секундного подъема, во время которого самолет задирает нос на 45 градусов вверх и набирает скорость. Пассажиры испытывают перегрузки примерно в 2 g (как если бы вдруг ваш вес увеличился вдвое). На вершине параболы пилот прекращает подачу топлива в двигатели, и начинается свободное падение, во время которого и наступает состояние невесомости. Переход от двойной силы тяжести к невесомости практически мгновенный, у вас даже нет времени воскликнуть: «Падаем???!» Вот оно, волшебное состояние. Тело отрывается от пола и начинает левитировать, верх и низ теряют всякий смысл, остается только движение. Одни сравнивают это состояние с болтанием в воде, другие с падением с обрыва. На самом деле эти ощущения описать невозможно, они не похожи ни на что из того, что живое существо когда-либо могло испытать в своей жизни. Это настолько необычное ощущение, что всю следующую после полета ночь вам снится состояние невесомости. Мозг пытается втиснуть новое переживание в рамки привычного. Это чертовски приятно! Ничего не весить! Болтаться в воздухе, ходить по потолку самолета, вертеться волчком! Какой восторг! Первая парабола, как и другие первые разы в нашей жизни, никогда не забудется.