Астронавты, прибывающие на космические станции и возвращающиеся с них, переносят с собой триллионы микроскопических организмов. К примеру, на китайской космической станции «Тяньгун» обнаружены новые виды бактерий, адаптированных к космосу. Недавно в чистых помещениях НАСА — одних из самых стерильных мест, когда-либо созданных человечеством, были обнаружены 26 ранее неизвестных видов бактерий. Результаты другого исследования показывают, что под воздействием стресса штаммы, выделенные с МКС, мутировали и стали генетически и функционально отличными от своих земных аналогов.
На китайской космической станции «Тяньгун» обнаружены новые виды бактерий, адаптированных к космосу. Ученые обнаружили ранее неизвестный штамм микроба, проанализировав образцы, взятые с китайской космической станции «Тяньгун».
Новый штамм микроба, официально названный Niallia tiangongensis, был обнаружен в микробных образцах, собранных с поверхности Тяньгуна во время пилотируемой миссии «Шэньчжоу-15», которая вернулась на Землю в июне 2023 года.
Новый микроб представляет собой аэробную спорообразующую палочковидную бактерию, согласно его описанию в рецензируемой статье в журнале International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, опубликованной в марте 2025 года. Это первый случай обнаружения нового вида на борту трёхмодульной космической станции «Тяньгун» на низкой околоземной орбите.
Художественная иллюстрация китайской космической станции «Тяньгун». Китайское управление пилотируемых космических полетов
Новый вид наиболее близок к виду, встречающемуся на Земле в почве и отходах, который может вызывать инфекции и даже сепсис у людей с ослабленным иммунитетом. С помощью морфологических исследований, секвенирования генома, филогенетического анализа и метаболического профилирования было установлено, что это новый штамм, принадлежащий роду Niallia семейства Cytobacillaceae.
«Понимание характеристик микробов во время длительных космических полетов имеет решающее значение для охраны здоровья астронавтов и поддержания работоспособности космических аппаратов», — говорится в статье.
Очевидная адаптация нового микроба к условиям орбиты отличает его от его наземных сородичей. Niallia tiangongensis демонстрирует повышенную реакцию на окислительный стресс и уникальную способность к образованию биоплёнки, способствующую восстановлению после радиационного воздействия .
Согласно статье, эти адаптации, обусловленные структурными и функциональными различиями в двух типах белков, демонстрируют, что микроб развил механизмы, помогающие выживать в экстремальных условиях космической среды.
Авторами статьи являются исследователи из Шэньчжоуской группы космической биотехнологии и Пекинского института системной инженерии космических аппаратов.
Китайские астронавты, работающие на борту «Тяньгуна», регулярно берут пробы микробов из воздуха, поверхностей и точек розлива воды на космической станции, чтобы контролировать состояние окружающей среды на ней.
Это не первый случай обнаружения нового вида в космосе. Хотя космические станции представляют собой относительно чистую среду и подвергаются более высоким дозам радиации, чем поверхность Земли, астронавты, прибывающие на космические станции и возвращающиеся с них, переносят с собой триллионы микроскопических организмов.
На Международной космической станции был обнаружен целый ряд новых бактерий, включая штаммы бактерий, которые могут помочь астронавтам выращивать сельскохозяйственные культуры на Марсе.
Недавно в чистых помещениях НАСА — одних из самых стерильных мест, когда-либо созданных человечеством, предназначенных для предотвращения переноса нежелательных микробов с космических аппаратов на другие планетарные тела, были обнаружены 26 ранее неизвестных видов бактерий.
Исследования на борту «Тяньгуна» также включают оценку взаимодействия микробов с материалами на борту, сообщило Центральное телевидение Китая (CCTV) со ссылкой на китайское агентство по пилотируемым космическим полетам. Испытания включают в себя изучение воздействия грибка Aspergillus niger (черная плесень) на различные материалы, такие как печатные платы с полиуретановым покрытием, медные платы без покрытия и термоусадочные трубки, с целью дальнейшего изучения того, как колонии микробов могут вызывать коррозию в условиях космоса.
На МКС обнаружены бактерии с множественной лекарственной устойчивостью, которые мутируют и становятся функционально разными. В научной статье, финансируемой грантом Ames Space Biology, главный исследователь доктор Кастури Венкатесваран из Лаборатории реактивного движения НАСА изучал штаммы бактерии вида Enterobacter bugandensis, выделенные с Международной космической станции (МКС).
Исследование на Международной космической станции. НАСА
Тринадцать штаммов E.bugandensis, бактерии, известной своей множественной лекарственной устойчивостью, были выделены с МКС. Результаты исследования показывают, что под воздействием стресса штаммы, выделенные с МКС, мутировали и стали генетически и функционально отличными от своих земных аналогов. Штаммы смогли жизнеспособно сохраняться на МКС в течение длительного времени со значительной численностью. E.bugandensis сосуществовала со множеством других микроорганизмов и в некоторых случаях могла способствовать выживанию этих организмов.
Смотрите также... Перед новым, 2026 годом, марсоход Curiosity почти завершил исследование горы Шарп Процесс адаптации космонавтов к земной гравитации после длительного пребывания в космосе |
Закрытые искусственные среды, такие как МКС, представляют собой уникальные зоны с экстремальными условиями, подверженными воздействию микрогравитации, радиации и повышенного уровня углекислого газа. Любые микроорганизмы, попадающие в эти зоны, должны адаптироваться для своего развития. Изучая динамику микроорганизмов в экстремальных условиях, это исследование открывает возможности для разработки эффективных профилактических мер по охране здоровья астронавтов.
Небольшая группа ученых из команды по борьбе с биопленкой в Космическом центре имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, изучает решения по борьбе с быстрорастущими колониями бактерий или грибков, известных как биопленка, для будущих космических миссий.
Биопленка образуется, когда скопление бактерий или грибков образует слизистую матрицу «внеклеточных полимерных веществ» для защиты от неблагоприятных факторов окружающей среды. Биопленку можно обнаружить практически где угодно: от серо-зеленой пены на поверхности застоявшейся прудовой воды до розоватого осадка в грязной ванне.
Для медицины, пищевой промышленности и предприятий по переработке сточных вод биоплёнка часто становится дорогостоящей проблемой. Но за пределами Земли биоплёнка оказывается ещё более устойчивой.
«Бактерии игнорируют многие проблемы, с которыми люди сталкиваются в космосе, включая микрогравитацию, перепады давления, ультрафиолетовое излучение, уровень питательных веществ и даже радиацию», — говорит Йо-Энн Велес-Хустиниано, микробиолог и инженер систем контроля окружающей среды в Marshall.
Йо-Энн Велес-Хустиниано (слева) и Коннор Мерфи (справа), инженеры по системам управления окружающей средой и жизнеобеспечения в Центре космических полетов имени Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, готовят препараты для изучения культивируемой бактериальной биопленки в испытательном центре центра. NASA/Эрик Бейтл
«Биоплёнка отвратительна, липка и её трудно уничтожить», — сказала Лизель Кёллнер, инженер-химик и стажёр программы NASA Pathways из Университета штата Северная Каролина в Роли. Кёллнер использовала сложную эпифлуоресцентную микроскопию — трёхмерную визуализацию двумерных изображений, полученных в разных фокальных плоскостях, — чтобы уточнить результаты исследований своей группы.
Осознавая потенциальные препятствия, которые может создать биоплёнка для будущих космических аппаратов эпохи «Артемиды » и лунных обитаемых станций, НАСА поручило инженерам и химикам из Маршалла изучить методы смягчения последствий. Маршалл построил и обслуживает систему управления окружающей средой и жизнеобеспечения (ECLSS) Международной космической станции и разрабатывает технологии очистки и переработки воздуха и воды нового поколения, включая сборку резервуаров для сточных вод.
«Резервуар для сточных вод расположен выше по течению от большинства наших встроенных систем очистки воды. Поскольку это резервуар для подачи сточных вод, бактерии и грибки там отлично размножаются, образуя достаточно биопленки, чтобы засорить каналы и трубы вдоль маршрута», — сообщил Эрик Бейтл, инженер по испытаниям ECLSS в компании Marshall.
До сих пор решением проблемы было изъятие и замена старого оборудования, когда его части засорялись биоплёнкой. Однако инженеры хотят избежать необходимости прибегать к таким методам.
«Даже с учетом возможности печатать запасные части на 3D-принтере на Луне или Марсе, имеет смысл в первую очередь найти стратегии, которые предотвратят накопление биопленки», — сказал Велес-Хустиниано.
Первый шаг группа сделала в июне 2023 года, опубликовав полную последовательность генома нескольких штаммов бактерий, выделенных из системы очистки воды космической станции; все они способствуют образованию биопленки.
Затем они спроектировали испытательный стенд, имитирующий условия в резервуаре сточных вод на высоте около 400 километров, что позволяет одновременно изучать несколько вариантов смягчения последствий. На стенде размещалось восемь биопленочных реакторов Центров по контролю и профилактике заболеваний – цилиндрических устройств размером примерно с бутылку для воды, используемую бегуном, – каждый из которых составлял 1/60 размера настоящего резервуара.
Исследовательская группа по борьбе с биопленкой в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА собрала собственный испытательный стенд для проведения многомесячной оценки различных природных и химических соединений и стратегий борьбы с образованием биопленки, вызванной бактериями и грибками, в резервуаре для сточных вод на Международной космической станции. Испытания помогут НАСА продлить срок службы оборудования для очистки и переработки воды и гарантировать астронавтам возможность пользоваться чистой и полезной водой во время длительных миссий в космосе и на других планетах. NASA/Эрик Бейтл
Каждый биореактор вмещает до 21 уникального образца на предметных стеклах, непрерывно омываемых потоком настоящих или суррогатных сточных вод, хронометрируемых и измеряемых автоматизированной системой, и находящихся под пристальным наблюдением команды. Из-за компактного размера биореактора испытательному стенду требовалось 2,1 галлона суррогатного потока в неделю, непрерывно поступающего по 0,1 миллилитра в минуту в каждый из восьми биореакторов.
«По сути, мы создали набор миниатюрных систем, каждая из которых должна была допускать мельчайшие изменения температуры и давления, поддерживать стерильность, обеспечивать функциональность автоклава и бесперебойную работу в течение нескольких недель с минимальным вмешательством человека», — сказал Бейтл. «Один этап серии испытаний длился непрерывно 65 дней, а другой — 77 дней. Это была уникальная задача с инженерной точки зрения».
В каждом биореакторе были внедрены различные стратегии смягчения загрязнения поверхности, противодействующие вещества на входе/выходе, антимикробные покрытия и уровни температуры. В одном из многообещающих испытаний использовалась ряска – растение, уже признанное естественным средством очистки воды благодаря своей способности улавливать токсины и контролировать запах сточных вод. Поглощая питательные вещества на входе/выходе биореактора, ряска лишала бактерии необходимых им для роста веществ, что приводило к снижению роста биоплёнки до 99,9%.
В течение трехмесячного периода тестирования команды через регулярные промежутки времени отбирали образцы из каждого биореактора и готовили их к исследованию под микроскопом, чтобы провести детальный подсчет колониеобразующих единиц биопленки на каждой пластине.
«Бактерии и грибки умны, — сказал Велес-Хустиниано. — Они адаптируются. Мы понимаем, что для решения этой проблемы потребуется комплекс эффективных методов борьбы с биоплёнкой».
Биопленка является препятствием для длительных космических полетов и длительных миссий к другим мирам, где запасные части могут быть дорогостоящими или труднодоступными. Группа по борьбе с биопленкой продолжает оценивать и публиковать результаты совместно с научными и промышленными партнерами и продолжит свои исследования в рамках полномасштабного эксперимента в резервуаре на орбитальной станции Маршалл. Они надеются перейти к летным испытаниям, экспериментируя с различными методами борьбы с биопленкой в условиях реальной микрогравитации на орбите, чтобы найти решения, которые позволят сохранить поверхности чистыми, воду пригодной для питья и здоровье будущих исследователей.
Как космические полеты влияют на хозяев-плодовых мушек, являющихся опухоленосителями, и их паразитов? Как и люди, плодовые мушки (модельный организм для космических исследований) также демонстрируют дисфункцию иммунной системы в космосе. Несмотря на десятилетия исследований плодовых мушек и ос, было мало известно о том, как их иммунная система взаимодействует с естественными паразитами в космосе.
Паразитоидные осы дрозофилы изменяют функцию клеток крови, подавляя иммунитет хозяина. В этом исследовании, проведенном в космосе (лаборатория Fruit Fly-03, доставленная на МКС на SpaceX-14), были изучены нативные и паразитированные наземные и космические мухи из контрольной группы без опухолей и мутантной линии с опухолью крови.
Пигментация: При сравнении ос бок о бок наблюдается чёткая разница в меланизации жилок крыльев у особей дикого типа и каждого мутанта. Форма лопасти: У мутанта kona крыло угловатое, в отличие от округлой лопасти у особей дикого типа (вертикальные стрелки на D–F). С.Говинд.
Удивительно, но мухи без опухолей оказались более чувствительны к космосу, чем мухи с опухолями. Космический полёт повысил активность иммунных генов и способствовал росту опухолей у мух. Осы оставались вредоносными в космосе, но у некоторых из них развились наследственные физические изменения. Эти изменения включали «aurum» (изменение цвета и жилок крыльев) и «kona» (изменение формы крыла). Самки ос с двумя копиями мутации «kona» не могли откладывать яйца из-за дефектов яйцекладущих органов.
Смотрите также... Немного о кошках: история одомашнивания и интересные факты о поведении домашних питомцев |
Это исследование улучшит знания о взаимодействии паразитов и хозяев. Результаты показывают, что необходимо изучать больше типов организмов, включая растения и их естественных паразитов, в космосе. Это поможет больше узнать о том, как хозяева защищают себя и насколько опасными могут быть паразиты в космосе, что важно для здоровья астронавтов. Данные об экспрессии генов плодовых мушек (OSD-588) и двух видов ос (OSD-609 и OSD-610) находятся в открытом доступе в хранилище открытых научных данных NASA. Эти данные доступны любому желающему для использования и сравнения с другими исследованиями, связанными с космическими полетами.
Яйцеклады ос дикого типа и мутантов. Гомозиготные самки кона с дефектными яйцекладами (используются для откладки яиц), как участки с нарушенной целостностью или разветвлёнными концами (стрелки), по сравнению с непрерывными яйцекладами с острыми концами у контрольных ос дикого типа. С.Говинд
Солнечные лазеры, работающие на фотосинтетическом аппарате бактерий, однажды смогут стать легким, простым и надежным средством обеспечения энергией в космосе, заменив обычные тяжелые линзы и сложную электронику, запуск которых невыгоден с точки зрения затрат.
«Наш план заключается в использовании фотосинтетических структур, выделенных из бактерий, и идея заключается в том, что их можно выращивать и постоянно пополнять запасы материала, при этом не нужно поддерживать линию поставок с Земли», — рассказал Эрик Гогер, профессор фотоники и квантовой науки в Университете Хериот-Уотта в Эдинбурге и руководитель нового проекта, в интервью Space.com.
Поскольку число спутников на орбите нашей планеты продолжает расти, учёные начали концентрироваться на вопросах обеспечения их энергией в долгосрочной перспективе. С усовершенствованием систем энергоснабжения мы, вероятно, сможем увеличить срок службы космических аппаратов. Одним из возможных решений является передача энергии — использование солнечных батарей для преобразования солнечного света в лазеры или микроволны, которые можно направить на пострадавший спутник для его питания через приёмник, расположенный на борту этого спутника.
В начале 2023 года в ходе первых испытаний по передаче энергии из космоса была успешно передана маломощная микроволна мощностью не более нескольких милливатт со спутника Space Solar Power Demonstrator на наземную станцию в Калифорнийском технологическом институте. В 2025 году японские исследователи планируют добиться аналогичного результата.
Художественное представление космического спутника, используемого для передачи энергии. NASA
Однако солнечные батареи могут быть большими и громоздкими, а их сложная конструкция и схемы означают, что любые орбитальные солнечные электростанции будут нуждаться в регулярной замене или ремонте. Вероятно, лучше найти более устойчивый и самодостаточный метод, и исследователи, работающие над проектом APACE, считают, что у них есть решение. В рамках этого проекта они стремятся адаптировать молекулярные структуры, позволяющие бактериям фотосинтезировать, к лазерной системе, которую можно было бы использовать в космосе.
«Наша ключевая идея — заменить концентрирующую оптику фотосинтетическими антенными комплексами», — сказал Гогер.
В проекте APACE участвуют исследователи из Великобритании, Германии, Италии и Польши. Финансирование проекта осуществляется Европейским инновационным советом и организацией Innovate UK. Сумма финансирования составляет 476 000 евро на первую фазу. Гогер, руководитель проекта от APACE, объяснил, что подразумевает первая фаза: «На данный момент мы пытаемся доказать принцип работы на Земле в наших лабораториях, а к концу проекта проведём испытания в условиях, имитирующих космические».
В рамках этой работы команда извлечет молекулярные антенны и проведёт с ними эксперименты, чтобы определить, какие виды бактерий производят наиболее пригодные для космических аппаратов на солнечной энергии. Исследователи также изучат искусственные антенные структуры, созданные с помощью нанотехнологий, чтобы сравнить их эффективность и практичность с органическими аналогами.
Например, некоторые бактерии-экстремофилы способны процветать в условиях очень слабого освещения, имея молекулярные антенны, способные поглощать практически каждый падающий на них фотон и направлять энергию туда, куда ей необходимо в клеточной биологии бактерий.
Проект APACE направлен на адаптацию таких бактерий, извлечение их антенн и использование их для поглощения солнечного света. Солнечная энергия затем будет направляться в лазерный механизм. Лазеры работают за счёт «усиливающей среды» внутри лазерного резонатора. При взаимодействии фотонов с усиливающей средой они генерируют ещё больше фотонов (так называемое стимулированное излучение), усиливая их до тех пор, пока их количество не достигнет достаточного для формирования интенсивного и когерентного пучка. Команда рассматривает возможность использования неодимовых нанокристаллов в качестве усиливающей среды, а солнечный свет, собранный фотосинтезирующими антеннами бактерий, будет обеспечивать фотоны для запуска лазера и поддержания его активности.
Бактерии можно выращивать в космосе, например, на Международной космической станции или на спутнике, что устраняет необходимость в постоянных запусках с Земли для обслуживания и замены старых солнечных батарей.
Однако, как сказал Гогер, реальный запуск прототипа в космос потребует гораздо больше финансирования и будет зависеть от успеха первой фазы.
На данном этапе преимуществом успешной версии прототипа не обязательно является эффективность, хотя она может проявиться позже. Типичная кремниевая солнечная панель преобразует солнечный свет в электричество с эффективностью около 30%, генерируя несколько сотен ватт на квадратный метр. Хотя бактерии, из которых адаптируются фотосинтетические антенны, имеют эффективность, приближающуюся к 100%, органические солнечные батареи, разрабатываемые в рамках проекта APACE, смогут преобразовать в электроэнергию лишь 10–15% солнечного света.
Хотя это гораздо хуже, чем то, что даёт природа, «возможно, это неудивительно, ведь эволюция долгое время оптимизировала его», — сказал Гогер. «Мы не совсем точно знаем, почему фотосинтез так эффективен, и мы не так хорошо справляемся с передачей энергии на молекулярном уровне с помощью искусственных структур, а наши материалы не обладают такой высокой поглощающей способностью».
Несмотря на ограничения, APACE всё равно обеспечит значительный прогресс. «Это совершенно другая архитектура», — сказал Гогер. В типичном кремниевом солнечном элементе энергия собирается, но затем с ней что-то нужно сделать, используя электронные компоненты, чтобы превратить её во что-то полезное. «В нашем случае мы пытаемся сделать это без какой-либо электроники — без батареи, без схем». Биологический фотосинтезирующий аппарат автоматически преобразует солнечный свет в лазер, не требуя всего этого оборудования.
И, стоит отметить, что потенциал этой технологии безграничен. Если она окажется успешной, то, будучи более простой и самодостаточной, не требующей частых космических запусков с тяжёлыми полезными нагрузками, она может снизить стоимость передачи энергии. И дело не только в питании спутников на околоземной орбите; в будущем её можно будет использовать для передачи энергии на базы или корабли на Луне или Марсе.
Смотрите также... HTML, CSS-шпаргалка с примерами - тег IMG, figure и picture. Адаптирование, форматирование, эффекты Полный список обработчиков событий HTML / Javascript с примерами |
