Khoa học vũ trụ: Tại sao chuột, bia và tinh trùng được gửi đến quỹ đạo

Ngày 12 tháng 4 năm 1961 Yuri Gagarin Ông trở thành người đầu tiên trong lịch sử bay vào vũ trụ. Vài thập kỷ sau, điều phi thường trở nên gần như tầm thường - thế giới bắt đầu nói về du lịch vũ trụ. Thật vậy, mọi chuyện không khởi đầu suôn sẻ: năm 1986, du khách vũ trụ đầu tiên trở thành giáo viên người Mỹ, Christa McAuliffe, người đã chết 73 giây sau khi phóng tàu con thoi Challenger và Mỹ thông qua luật cấm các chuyến bay lên vũ trụ cho những người không chuyên. Nhưng thế giới đã thay đổi, và cách để đảm bảo an toàn cho hành khách được cải thiện.

Doanh nhân Dennis Tito, người sáng lập Canonical Mark Shuttleworth, người sáng lập Sensors Unlimited, Gregory Olsen, người sáng lập Prodea Systems, Anoushe Ansari, người phụ nữ đầu tiên trong số các khách du lịch vũ trụ, người đứng đầu Tập đoàn phần mềm có chủ ý Charles Simony (và hai lần), nhà phát triển trò chơi máy tính Richard Garry, đã tìm cách đến thăm ISS và giám đốc điều hành của Cirque du Soleil Guy Laliberte. Và Ilona Mask, ra mắt một chiếc xe Tesla với hình nộm trên tàu không thể không gây ấn tượng - đặc biệt là xem xét tài liệu tham khảo mỉa mai về tiểu thuyết Hướng dẫn của Hitchhiker về Galaxy, dưới dạng tin nhắn của Don Don't Panic, trên hệ thống đa phương tiện.

Tuy nhiên, tất cả điều này không có nghĩa là loài người đã khuất phục vũ trụ. Chúng ta vẫn còn rất nhiều nhiệm vụ, chẳng hạn như kế hoạch thực dân hóa Sao Hỏa. Và bây giờ, các nhà khoa học không bỏ lỡ cơ hội sử dụng không gian cho mục đích riêng của họ. Trạm vũ trụ quốc tế là một phòng thí nghiệm trên quỹ đạo nơi bạn có thể tiến hành các thí nghiệm độc đáo. Điều này có khả năng có thể hữu ích cho cả phi hành gia và cư dân tương lai của Sao Hỏa, chuyến bay mà, hóa ra, nguy hiểm gấp đôi như mọi người nghĩ. Nhưng cho đến nay, nó cho phép ít nhất có được dữ liệu cho các khám phá khoa học, bao gồm cả khám phá.

Phi hành gia sinh đôi và thay đổi bộ gen

Scott và Mark Kelly là những phi hành gia hoàn toàn giống hệt nhau trên thế giới (họ là cặp song sinh giống hệt nhau). Ít nhất, đó là cho đến khi Scott trải qua gần một năm trong điều kiện không trọng lượng. Thông thường, các phi hành gia "sống" trên ISS không quá sáu tháng, nhưng Scott Kelly đã cố tình được gửi đến nhà ga trong một thời gian dài hơn - để những thay đổi trong cơ thể anh ta sẽ được chú ý hơn. Sau khi trở về, các nhà nghiên cứu đã so sánh hiệu suất của anh với anh trai: hóa ra chiều cao của Scott tăng gần năm cm. Ngoài ra, trọng lượng cơ thể của nó đã giảm, microbiome (một bộ vi sinh vật) của ruột đã thay đổi gần như hoàn toàn, và bộ gen, theo một phân tích sơ bộ, đã trải qua một số thay đổi.

Tất cả điều này cho phép các chuyên gia của NASA tuyên bố rằng môi trường không gian được kích hoạt trong cơ thể của Scott Kelly một nhóm gen "vũ trụ" ảnh hưởng đến khả năng miễn dịch, các đặc điểm của mô xương, thị lực, thính giác và một số chỉ số khác. Mặc dù thực tế là hầu hết các thay đổi (ví dụ, sự tăng trưởng) sau một thời gian đã trở lại điểm xuất phát, khoảng 7% gen đã được cố định ở trạng thái mới. Các nhà khoa học tin rằng nguyên nhân của những gì đang xảy ra nên được tìm kiếm trong "căng thẳng vũ trụ" - tác động lên cơ thể của một môi trường không điển hình, mà cơ thể coi là một mối đe dọa, đáp ứng với nó.

Môi trường không gian được kích hoạt trong cơ thể của Scott Kelly, một nhóm gen "vũ trụ" ảnh hưởng đến khả năng miễn dịch, các đặc điểm của mô xương, thị giác, thính giác

Trong các nghiên cứu trước đây, nhân tiện, người ta đã lưu ý rằng các chuyến bay vào vũ trụ theo cách đặc biệt ảnh hưởng đến não, khiến nó trở nên dẻo dai hơn. Theo một thí nghiệm được thực hiện tại Đại học Michigan, lượng chất xám trong các phi hành gia giảm ở một số khu vực, trong khi ở những nơi khác cần thiết hơn vào lúc này - ví dụ, ở các khu vực chịu trách nhiệm cho sự di chuyển của chi dưới - nó tăng lên.

Đồng thời, một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Florida phát hiện ra rằng các phi hành gia có nguy cơ mắc các vấn đề về tim cao hơn khi du hành tới Mặt trăng: dựa trên dữ liệu thu được từ những người tham gia Apollo từ năm 1961 đến năm 1972, họ đã phát hiện ra rằng bức xạ vũ trụ gây ra gấp năm lần tổn hại đến trái tim và tàu thuyền của các phi hành gia "mặt trăng" so với các phi hành gia không bao giờ bay lên mặt trăng.

Pinky và Brain: chuột trong không gian

Tình trạng của gan bị ảnh hưởng tiêu cực không chỉ bởi rượu và thức ăn béo, mà còn bởi các chuyến bay vào vũ trụ. Kết luận này được đưa ra vào năm 2011 bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Colorado, người đầu tiên gửi loài gặm nhấm vào vũ trụ trong gần hai tuần (hay chính xác hơn là mười ba ngày rưỡi), và sau đó xem xét nội tạng của chúng thay đổi như thế nào sau hành trình bất thường này. Phân tích dữ liệu cho thấy các vấn đề chính liên quan đến gan: các động vật tìm thấy các dấu hiệu ban đầu của bệnh mỡ không do rượu. Thật khó để xác định nguyên nhân chính xác trong các thí nghiệm như vậy, nhưng các nhà khoa học cho rằng chuyến bay đã kích hoạt các quá trình kích thích sự phát triển của xơ hóa (tăng sinh mô liên kết).

Đối với chuột thí nghiệm - hành trình của chúng vào không gian cho khoa học hiện đại là một trong những điều quan trọng nhất. Các thí nghiệm trên động vật gặm nhấm không thể được sao chép ở người vì lý do đạo đức - nhưng chúng giúp hiểu liệu cơ thể con người có thể đối phó với tác động của bức xạ vũ trụ mạnh mẽ kéo dài có thể gây đột biến, ví dụ, dẫn đến khối u ác tính. Không chỉ chuột trưởng thành được gửi đến ISS, mà cả phôi chuột đông lạnh. Sau khi trở về Trái đất, chúng được đưa vào các sinh vật của những con chuột mẹ thay thế và, trong điều kiện truyền thống, đang theo dõi sự tăng trưởng và phát triển của chuột.

Vào giữa năm ngoái, các nhà khoa học ở California đã tuyên bố ý định gửi bốn mươi con chuột đến ISS cùng một lúc để thử nghiệm vắc-xin loãng xương mới. Một loại thuốc thử nghiệm được phát triển trên cơ sở protein xương NELL-1 sẽ bảo vệ mô xương khỏi các nguyên bào xương - các tế bào phá hủy nó. Từ lâu, người ta đã biết rằng sau năm mươi năm, mọi người mất trung bình 0,5% mô xương mỗi năm. Tuy nhiên, trong điều kiện không trọng lượng, quá trình này được tăng tốc. Nếu các thử nghiệm thành công, vắc-xin sẽ giúp cả các phi hành gia bị buộc phải trải qua nhiều tháng trên quỹ đạo và "người trái đất" đang phải đối mặt với tổn thương xương.

Nhà máy bia không gian

Sự phong phú của nghiên cứu về các chủ đề có vẻ không khoa học ngay từ cái nhìn đầu tiên (ví dụ: tìm lý do phụ nữ đánh hơi áo của đối tác của họ) giúp tin rằng khoa học không nhất thiết phải nhàm chán. Điều này đặc biệt đúng khi các nhà khoa học hợp tác với những người đam mê ẩm thực - hoặc, trong trường hợp này, những người đam mê rượu. Năm 2017, công ty sản xuất bia Budweiser của Séc tuyên bố sẽ sớm gửi hạt lúa mạch đến ISS. Tại sao? Để trở thành người đầu tiên bắt đầu sản xuất bia ngay trong không gian.

Tất nhiên, các nhà sản xuất bia không thể tự làm một mình. Họ đã hợp tác với Trung tâm vì sự tiến bộ của khoa học vũ trụ, người quản lý phòng thí nghiệm của Mỹ trên ISS và công ty tư nhân Space Tango. Hai mươi hạt lúa mạch được lên kế hoạch gửi đến trạm vũ trụ, sẽ tham gia ít nhất hai thí nghiệm: lần đầu tiên sẽ nghiên cứu hành vi của hạt trong điều kiện vi trọng lực (nghĩa là trọng lực trong tàu vũ trụ, hiện có, mặc dù yếu hơn nhiều so với trên Trái đất), thứ hai là lúa mạch tăng trưởng trong tình trạng không trọng lượng.

Đúng, "sớm" trong trường hợp thí nghiệm không gian là một khái niệm lỏng lẻo. Vẫn chưa rõ liệu ý tưởng của chủ sở hữu Budweiser sẽ trở thành sự thật hay không. Vấn đề là các hạt giống đã được chuyển đến ISS: tên lửa SpaceX CRS-13 cùng với chúng trên tàu dự kiến ​​bắt đầu vào ngày 4 tháng 12 năm 2017, sau đó vào ngày 8 hoặc 12 tháng 12, nhưng việc phóng đã bị hoãn lại mọi lúc. Thông tin về vấn đề này vẫn chưa được báo cáo, do đó bia vũ trụ khó có thể bắt đầu nấu ăn trong năm nay.

Thực phẩm theo quy định và không có

Một chế độ ăn uống đầy đủ và cân bằng là một trong những vấn đề quan trọng nhất đối với các phi hành gia trong các chuyến bay dài. Tất nhiên, bạn có thể dựa vào các "ống" nổi tiếng, nhưng các nhà khoa học không từ bỏ việc cố gắng phát triển thứ gì đó càng gần với chế độ ăn uống của trái đất. Trên tàu ISS, chúng tôi đã cố gắng chỉ trồng rau diếp, nhưng làm việc để tạo ra một thực đơn đa dạng hơn không dừng lại trong một phút.

Gần đây, một nhóm nghiên cứu tại Trạm Neumayer III của Đức ở Nam Cực, sử dụng thủy canh, đã quản lý để trồng không chỉ rau diếp, mà còn cả củ cải và dưa chuột mà không cần ánh sáng và đất. Và ngay cả khi Nam Cực không hoàn toàn là không gian, điều kiện khí hậu khắc nghiệt giúp chúng ta có thể tạo ra các công nghệ trồng rau (và trong tương lai, trái cây) sẽ được áp dụng cho ISS.

Liên quan đến thịt, Memphis Meats đã đạt được một số thành công trong việc này, nó đã phát triển được trong phòng thí nghiệm thịt viên, trong hương vị không mang lại truyền thống

Đối với thịt, một số thành công trong việc này đã đạt được bởi Memphis Meats, nơi đã phát triển Cá trong phòng thí nghiệm thịt viên, về hương vị, không thua kém gì so với truyền thống. Đại diện của công ty tự tin rằng việc giới thiệu các sản phẩm của họ trong chế độ ăn không gian có thể xảy ra trong năm năm tới. Mặt khác, trong thời gian này ở Space10, trung tâm đổi mới và phòng thí nghiệm đặc biệt của IKEA, họ có thể tìm ra cách tái tạo thức ăn nhanh của họ trong tương lai bằng không trọng lực, bao gồm cả những con chó nóng từ tảo xoắn (tảo xanh) và thịt viên giun, vì vậy Memphis Meats không đáng để thư giãn

Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Pennsylvania cũng có thể cạnh tranh để giành quyền nuôi các phi hành gia. Họ đã tìm ra cách biến chất thải thành thực phẩm. Trong quá trình xử lý chất thải trong một hệ thống kín đặc biệt, họ đã tìm cách nuôi cấy Methylococcus capsulatus, 52% bao gồm protein và 36% chất béo, có thể hữu ích cả trong các chuyến bay dài và trong các nỗ lực trong tương lai để xâm chiếm các hành tinh khác.

Đột biến vũ trụ và kháng chiến trên mặt đất

Tại sao gửi khuẩn lạc khuẩn cầu khuẩn đến ISS? Câu trả lời cho câu hỏi dường như không rõ ràng, nhưng người đứng đầu Nanobiosym Anita Goelle, người đã hỏi NASA về nó, biết chắc chắn. Những "hành khách" nguy hiểm đã lên vũ trụ vào ngày 18 tháng 2 năm 2017 và mục tiêu của chiến dịch là nghiên cứu cơ chế gây đột biến của những vi khuẩn này và kết quả là có được thông tin sẽ giúp phát triển thuốc trên Trái đất.

Điều quan trọng là Staphylococcus aureus có khả năng kháng nhiều loại kháng sinh và có thể gây nhiễm trùng huyết, nhiễm trùng máu và viêm phổi. Trong các nghiên cứu trước đây, nấm phát triển nhanh hơn dưới lực hấp dẫn và Goelle cho rằng điều này có thể xảy ra với vi khuẩn đột biến nhanh hơn. Người ta cho rằng các đột biến mà chúng ta chưa quen có thể xuất hiện và điều này sẽ cho phép chúng ta bắt đầu làm việc với các loại thuốc phù hợp trong khi nhu cầu về chúng chưa phát sinh - ít nhất là đáng khích lệ.

Giới tính và sự ra đời của trẻ em trên sao Hỏa

Nếu chúng ta nói về sự thuộc địa của Sao Hỏa như một điều gì đó có thật, một câu hỏi rất quan trọng được đặt ra: phải làm gì với sinh sản? Điều rất quan trọng là phải tính đến ảnh hưởng đối với các tế bào giới tính của bức xạ mặt trời, nó mạnh hơn hàng trăm lần so với trên Trái đất. Một yếu tố quan trọng khác là vi trọng lực, như đã đề cập vào năm 1988, có thể đẩy nhanh quá trình di chuyển của tinh trùng. Tuy nhiên, ba mươi năm trước, các nhà nghiên cứu không thể xác định liệu điều này có ảnh hưởng đến quá trình thụ tinh hay không.

Mọi thứ đã thay đổi vào năm 2017, khi các nhà khoa học Nhật Bản gửi mẫu tinh trùng đông lạnh của chuột được lưu trữ trên ISS trong chín tháng vào vũ trụ. Khi chúng được đưa trở lại mặt đất, rã đông, và sau đó được sử dụng để thụ tinh, hóa ra thiệt hại, mặc dù nó là, là rất nhỏ. Kết quả là, chín con chuột "không gian" xuất hiện cùng một lúc - khá bình thường, không có sự bất thường trong bộ gen hoặc sự phát triển, bản thân chúng có khả năng thụ tinh và sinh con đầy đủ.

Thí nghiệm này cho phép nói rằng vũ trụ khá phù hợp với môi trường thụ tinh. Một điều nữa là chuột được sinh ra trên Trái đất và tinh trùng được lưu trữ trên ISS không quá lâu - và nếu những điều kiện này thay đổi, việc sửa đổi bộ gen có thể trở nên quan trọng hơn. Theo các nhà nghiên cứu, họ có kế hoạch kiểm tra điều này ngay khi cơ hội xuất hiện.

Ảnh:NASA (1, 2, 3)