Космічна мікробіологія (реферат)

Реферат Космічна мікробіологія Успіхи сучасної науки і техніки дають під­ставу припустити, що вже через кілька років космонавти висадяться на Місяці. На Марс вони, мабуть, потраплять через кілька десяти­літь. Ще більш довгі строки потрібні для здійснення мандрівок на інші планети Соняч­ної системи. Проте, не очікуючи того момен­ту, коли нога людини ступить на поверхню не­бесних тіл, уже зараз провадяться різносторонні дослідження з метою одержання не тіль­ки непрямих, а й прямих даних відносно мож­ливого існування життя поза Землею. У цих дослідженнях найбільш активну участь бере космічна мікробіологія (назву запропонували М. М. Жуков-Вережников і його співробітни­ки). Ця галузь мікробіології прилягає до ек­зобіології, але обмежує об'єкти свого дослід­ження тільки мікроскопічними організмами в космосі.

Мікробіологічні дослідження метеоритів Влітку на нічному безхмарному небі часто можна спостерігати вогняні сліди, які залиша­ють «падаючі зірки» — метеорити. Більшість астрономів вважає, що це уламки небесних тіл, які існували раніше. Метеорити носяться у міжпланетному просторі навколо Сонця, ут­ворюючи пиловидні хмари. На світанку або після заходу Сонця метеоритний пил, освітле­ний сонячними променями, слабо світиться. Це зодіакальне світло віддавна привертало увагу людини.

Щосекунди частинки метеоритної матерії нескінченним потоком вторгаються в земну ат­мосферу. Щодоби Земля приймає значну масу цієї космічної речовини. Більша її частина складається з крихітних частинок, вимірюва­них мікронами. В той же час зустрічаються крупні метеорити різних розмірів, що досяга­ють десятків тонн перетинаючи земну орбіту, ці «гості з космосу» мчать з швидкістю, що в кілька раз перевищує швидкість космічних ко­раблів. При зіткненні із земною атмосферою поверхня метеоритів і частинок повітря, що до неї прилягають, нагрівається до кількох ти­сяч градусів і світиться. Дрібні метеорити повністю згоряють і випаровуються. Більш крупні обпалюються тільки з поверхні і пада­ють на Землю.

За своїм складом метеорити підрозділяють­ся на кам’яні, залізні і залізокам'яні. Найбіль­ше падає на Землю кам’яних метеоритів, що містять численні дрібні включення нікелевого заліза. Залізокам'яні метеорити містять знач­ніші включення цієї сполуки. В залізних ме­теоритах нікелеве залізо проходило стадію впливу температури понад 1500° С, а потім на протязі десятків мільйонів років розплавлена маса охолоджувалась і зазнавала кристаліза­ції,.

Особливий інтерес становлять вуглисті хон­дрити, які відносяться до кам’яних метеоритів. Вони, крім заліза, містять сірку, зв’язану воду і до 2−3% вуглецю у вигляді різних органіч­них сполук. Доведено вміст у вуглистих хонд­ритах високомолекулярних парафінових вуглеводній які нагадують вуглеводні гірського воску — озокериту, а також органічних спо­лук, що містять кисень. У 1960 р. під дією чотирихлористого вуглецю з вуглистого хондри­ту Маррей учені одержали витяжку, в якій виявили вуглеводневі сполуки, що містили 10- 15 атомів вуглецю, а також органічні кисло­ти, ароматичні та гетероциклічні сполуки. Там же була знайдена речовина, що нагадувала цитозин — одну із складових частин нуклеїно­вих кислот.

За даними Кейці-Графа, вуглеводні метеоритів належать до двох груп — озокеритів і асфальтів. Озокерити складаються майже ви­ключно з твердих парафінів. Елементарний склад органічних речовин у метеоритах такий (у процентах): вуглецю — 24,2, водню — 8,і, азоту — 4,0, сірки — 8,7, хлору — 5,8, кисню — 48,9. За своїм складом і структурою метеори­ти нагадують земну гірську породу — туфи.

Крупні метеорити одержують назви тих на­селених пунктів, біля яких вони впали.

Космічне походження метеоритів давно привертало увагу дослідників, які цікавились не тільки хімічним і мінералогічним складом інших планет, а й питанням про існування на них живих організмів.

Пошуки мікроорганізмів у метеоритах роз­почалися ще у другій половині минулого сто­ліття. У 1861 р. поблизу французького селища Оргейль упав крупний метеорит. Луї Пастер сконструював спеціальний зонд для стериль­ного набору проб із внутрішніх частин цього метеорита. Проте посів на живильні середови­ща не дозволив т виявити життєздатні мікро­організми. Пізніше, у 1932 р., Ц. Ліпман, ре­тельно знезаразивши поверхню різних метео­ритів, знайшов у. глибині їх значну кількість бактерій. Серед обстежених ним метеоритів, що містили бактерії, був і залізний хондрит Оргейль, в якому Пастер даремно шукав наяв­ність мікробів. ^.

У 1961;1962 рр. У. Хенессі, Б. Неджі і Дж. Клаус виявили в тому ж метеориті Ор­гейль, а також у хондритах Мігеї, Івука та ін. овальні утворення, що нагадували спори водоростей. Деякі з цих утворень забарвлювались фарбами, що застосовуються в мікробіології, і давали позитивну реакцію за Фельгеном, характерну для дезоксирибонуклеїнової кислоти. Вчені, що досліджували овальні утворення, віднесли ці «організовані еле­менти» до викопних мікроорганізмів позазем­ного походження. Такий висновок зустріли критично. Була висловлена думка, що обсте­жені названими вище американськими вчени­ми метеорити, які пролежали багато років у Нью-Йоркському музеї, були забруднені зем­ними мікробами.

У 1961 р. Ф. Сіслер виділив з вуглистого хондриту Маррей кілька бактерій, які росли на живильних середовищах, але не розвива­лись при введенні їх в організм щурів, мишей і курей. М. Н. Брігс не підтвердив цих даних. Брігс і співробітники знайшли в метеориті Мокойя органічні тільця розміром від 1 до 25 мк, які забарвлювались, але не рослина різних живильних середовищах, вживаних для мікро­організмів. Водяні витяжки з цих тілець були оптично неактивними. Ізотопний аналіз (кіль­кісне відношення вуглецю з атомною вагою 12 до вуглецю з атомною вагою 14) не дозволив вирішити, чи мали ці тільця відношення до живих організмів.

У Радянському Союзі також провадились пошуки мікробів у метеоритах. Ч. Байрієв і С. Мамедов у 1962 р. виявили в уламку Сіхоте-Алінського залізного метеорита через 15 років після його падіння «термофільну метео­ритну паличку», яка витримувала високу тем­пературу. Відомо, що спори деяких бактерій дуже стійкі до дії високої температури. Такі.

бактерії зустрічаються в різних ґрунтах і гір­ських породах, зокрема в озокеритах. Про­те це ще не є доказом їх позаземного поход­ження і вимагає всебічного наукового дослід­ження/.

З якою обережністю треба* ставитися до сенсаційних повідомлень про виявлення в ме­теоритах мікробних мешканців космічних сві­тів, свідчить дослід, проведений радянськими мікробіологами. Для вирішення питання про можливість забруднення метеоритів земними мікробами О. Імшенецький і С. Абизов у му­фельній печі при 400° С протягом 10−12 год. піддавали стерилізації мінерали (туф, вапняк, граніт), близькі за складом до різних метеори­тів. Потім частину зразків закладали в оран­жерейний грунт на глибину 10 см. Через різ­ний час (від восьми днів до шести місяців) поверхню видобутих зразків ретельно стерилі­зували, а потім з центральної частини спеці­альним свердлом брали проби. Посів їх на вживані в мікробіологічній практиці живиль­ні середовища виявив ріст мікроорганізмів. У той же час в контрольних зразках метеори­тів, що зберігалися у стерильних умовах, мік­роби жодного разу не були знайдені. Таким чином, грунтові земні мікроорганізми знайшли спосіб проникнути всередину зразків даних гірських порід.

Метеорити були і залишаються важливим об'єктом мікробіологічного дослідження при розробці проблеми існування позаземного жит­тя. Але для того щоб одержувані дані були вірогідними, необхідне додержання суворих умов, що виключають можливість забруднення метеоритів. Треба знайти спосіб «ловити» метеорити до того, як вони проникнуть в атмосферу Землі. Це можна буде зробити за допомогою штучних супутників, обладнаних відповідною апаратурою. Одержані таким чи­ном навіть дрібні метеорити були б придатні для мікробіологічного аналізу. Адже в умовах відсутності атмосфери вони б не нагрівалися до температури, при якій гинуть мікроорганіз­ми.

Було запропоновано брати для аналізу тільки такі метеорити, які падають на скелі, кам’янистий грунт або на сніг в Арктиці і Ан­тарктиці, — тобто тоді, коли вони не торкаються вологого ґрунту, їх треба вивчати якомога швидше після приземлення. Поряд з мікроско­пічним аналізом необхідно робити посіви з ви­користанням широкого набору живильних середовищ. Для забезпечення повної стериль­ності метеорита О. Імшенецький і С. Абизов використали спеціальний бокс, обладнаній свердлильним пристроєм (рис. 2). На метеори­ті не повинно бути мікроскопічних пор і трі­щин, куди могла б проникнути земна волога. У зв’язку з цим можна навести такий приклад. Мікробіологічному аналізу піддавали зразки вугілля, взяті з природних відкладень на знач­ній глибині. Після цього в одних зразках були знайдені живі мікроорганізми, а в інших вони були відсутні. Мікроскопічний аналіз встано­вив, що на зразках з мікробним населенням були мікротріщини, куди могла потрапити во­да з відкладень, розміщених вище.

Моделювання умов, що Існують на інших планетах Одним із способів розв’язання питання про. можливість життя на інших планетах е спосіб штучного відтворення в лабораторіях фізич­них і хімічних умов, що існують на цих пла­нетах, і культивування мікроорганізмів у по­дібних умовах. Мікроорганізми використову­ються в таких дослідах як біологічні об'єкти, що відзначаються великою пристосованістю і-високою стійкістю до несприятливих факторів зовнішнього середовища. Слабкий бік моделю­вання — це не досить точне і повне знання умов, що існують навіть на найближчих до Землі планетах Сонячної системи.

Особливу увагу привертає Марс, який за своїми фізичними властивостями більше схо­жий на Землю, ніж інші планети. Тому ряд дослідників провів досліди по вирощуванню мікроорганізмів, моделюючи умови на Марсі.: Д. П. Морріс і Д. Е. Бейшер (І958 р.) зара­жали червоний пісковик і лаву різними мікро­організмами (бактеріями, актиноміцетами, грибами), що утворювали і не утворювали спори, які розвивалися при доступі повітря (аероби) і в його відсутність (анаероби). Вказані гірські породи вміщували у спеціальні посу­дини. З посудин викачували повітря і вводили туди газоподібний азот, поки не встановлював­ся тиск 65 мм ртутного стовпчика. Вологість внесених порід не перевищувала 1%. Вдень посудини перебували при температурі близько 25°, а вночі їх розміщували в холодильнику з температурою -25° С. Досвід тривав 10 місяців. Через певний проміжок часу проводили кількісне визначення внесених мікроорганіз­мів. Виявилось, що кількість аеробів поступо­во зменшувалась. В той же час анаероби (обов'язкові або факультативні) виживали, а деякі з них навіть розмножувались.

І. А. Коойстра, Р. Р. Мітчел і X. Страгхолд (1958 р.) помістили чотири зразки чер­воної глини з пустелі Арізони разом з мікроор­ганізмами, що в них містилися, в закриті по­судини, тиск азоту в яких встановлювали на рівні 54,1 мм ртутного стовпчика. Вологість глини доводилася до 1%. На протязі 15 год. на добу посудини перебували при температурі - 22° С. У момент ставлення досліду, а потім че­рез один, два і три місяці визначали кількість мікроорганізмів у глині. У трьох зразках глини кількість мікроорганізмів зростала. Лише в од­ному зразку вона збільшувалась на протязі двох місяців, а через три місяці знизилась.

Е. Хаврилевич, Б. Говей і Р. Ерліх (1962 р.) провадили експерименти з хвороботворними бактеріями: неспоровою факультативне анаеробною і споровою. Бактерії вносили у подрібнену простерилізовану лаву. Одну серію пробірок з цим матеріалом запаювали в умо­вах вакуума, другу — після введення у пробір­ки азоту (65 мм ртутного стовпчика), а з тре­тьої серії пробірок викачували частину повіт­ря доти, поки тиск не падав до 65 мм ртутного стовпчика. Частину запаяних пробірок витри­мували при 25°, і вони були контролеміншу частину пробірок ставили в умови температу­ри, що змінюється: 16 год. при 25° і 8 год. при -25° С. Клітини неспорової бактерії збе­рігали життєздатність на протязі восьми мі­сяців, але у вакуумі і при щоденній зміні тем­ператур кількість клітин, що вижили, різко зменшувалась. Спори другої бактерії зберегли життєздатність в усіх варіантах досліду на протязі десяти місяців. Хвороботворні власти­вості обох бактерій знизились.

Г. Л. Робертс (1963 р.) спори анаеробної бактерії наносив на фільтрувальний папір, розміщений на поверхні зразка червоної лави. Остання подрібню­валась, висушувалась і стерилізувалась, її во­логість доводилась до 0,2%. У посудини, куди поміщали лаву з бактеріальними спорами, на­гнітали суміш газів, яка складалася з 93,54% азоту, 4,24% аргону, 2,21% вуглекислого га­зу і 0,01% кисню. Загальний тиск газів стано­вив 65 мм ртутного стовпчика. Температура змінювалась від 23° до -25° С. Через сім і чо­тирнадцять діб у посівах були виявлені спори.

і звичайні (вегетативні) клітини, а через ЗО діб — лише вегетативні клітини взятої бакте­рії. Ці дані доводять, що зазначені умови ви­явились придатними не тільки для виживання, а й для проростання спор.

Е. Пекер, С. Шер і С. Сеген (1963 р.) зібра­ли зразки грунтів із різних місць з низькою кількістю опадів. Ці зразки висушили до по­вітряно-сухого стану, а мікроорганізми, що в них містилися, були піддані дії таких умов: кожні 12 год. температура — 60° С змінюва­лась на температуру 20°- вміст газів у атмо­сфері складав 95% азоту і 5% вуглекислотитиск газів досягав 0,1 атм. Крім того, взяті зразки з мікроорганізмами, що в них містили­ся, піддавались опроміненню ультрафіолетови­ми променями (доза 10 ерг на квадратний сан­тиметр поверхні). Результати показали, що деякі мікроорганізми виживали на протязі більше шести місяців.

У 1965 р. Ф. Джексон і Р. Мур використа­ли ряд мікроорганізмів, які вносились у пісок з додаванням до нього різних кількостей мі­нералу лімоніту, багатого на окис заліза. Во­логість цього субстрату була знижена до 1%. Атмосфера складалася з молекулярного азо­ту і слідів кисню та вуглекислого газу (тиск 75 мм ртутного стовпчика). Добові коливання температури були ще більш різкими, ніж у дослідах інших авторів: від 25° до -76° С.

Лімоніт несприятливо впливав на виживан­ня мікроорганізмів. При його відсутності або незначному вмісті у субстраті деякі неспорові бактерії виживали на протязі всього 30-добового досліду, а кількість клітин деяких спосені мікроскопічні водорості, джгутикові най­простіші і коловертки загинули.

Із узятих мікробів імітовані марсіанські умови краще переносили форми, що утворю­ють пігменти. Дослідники висловлюють при­пущення, що на Марсі можуть переважати організми, пігменти яких захищають їх від впливу найбільш згубного фактора — соняч­ної радіації.

Наведені дині свідчать, що умови дослідів у різних дослідників були не зовсім однакови­ми. Це пояснюється деякими розходженнями, які існують у поглядах астрономів на склад атмосфери Марса. Так, за В. Г. Фесенковим, кисню в ній менше 0,1%, за Н. Н. Ситинською — 0,15% порівняно із земною атмосфе­рою (20,94%), а за М. П. Барабашовим — 0,1% від об'єму всіх газів у марсіанській атмосфері. Дослідження, проведене під час польоту амери­канської космічної лабораторії «Марінер-ІУ», що наблизилась до Марса на відстань коло 9000 км, внесли точність у питання: в атмо­сфері цієї планети кисень повністю відсутній. Таким чином, праві були ті мікробіологи, які у дослідах моделювання застосовували суворо анаеробні умови.

Щодо вологості астрономи зійшлися на то­му, що водяної пари в марсіанській атмосфе­рі надзвичайно мало, отже, застосовуваною методикою спектроскопії виявити її не можна. Проте посереднім шляхом вони припускають там наявність пароподібної води. Це підтверд­жують білі шапки біля полюсів планети. Ці шапки (складаються вони, мабуть, із снігу або інею) під час марсіанського літа зменшують­ся, а іноді зовсім зникають. Беруться також до уваги спостережувані на Марсі білі хмари, а також ранкові й вечірні тумани. За В. Г. Фесенковим і С. Сегеном, вміст водяної пари в ат­мосфері Марса не повинен перевищувати 0,1%, а за Н. Н. Ситинською — 1% порівняно із земною атмосферою.

Азот вважають найбільш поширеним газом в атмосфері Марса. Його об'єм складає 98,5% (в атмосфері Землі міститься 78,08% азоту).

Атмосферний тиск на поверхні Марса вва­жають рівним 65 мм ртутного стовпчика. Дані, одержані при польоті «Марінера-ІУ», свідчать про те, що атмосферний тиск там нижчий, не більше 2−3% земного.

Астрономи припускають, що добове коли­вання температури на екваторі цієї планети відбувається в інтервалі від 25° до -70° С і досягає ще менших величин на полюсі.

Таким чином, умови, що створюються у до­слідах по моделюванню марсіанських умов, у більшій або меншій мірі відповідають тим уяв­ленням, які існують в астрофізиці. Тому можна з певним ступенем імовірності припустити, що на Марсі можливе життя організмів, які за своїми властивостями нагадують деяких зем­них бактерій.

З метою наближення до умов на Юпітері С. М. Сігел і С. Гімарро поміщали лишайники, кактуси та інші рослини, що здатні рости при низькій вологості, в герметичну камеру, в якій була створена атмосфера з суміші метану, вод­ню і аміаку. Через два місяці на листі цих рос­лин були знайдені життєздатні бактерії. Вия­вилося, що деякі мікроорганізми здатні роз­множуватися в атмосфері, яка містить від 5 до 95% аміаку.

Досліди по моделюванню дають підставу гадати, що якби деякі земні бактерії опинили­ся на Марсі, то вони могли б там вижити і на­віть розвиватися.

Ставлення мікроорганізмів до екстремальних умов Фізичні і хімічні умови на Марсі суворі порівняно із земними. Проте вони досить «м'я­кі», якщо їх зіставити з умовами на деяких ін­ших планетах і в космічному просторі. Тому великий інтерес являє ставлення земних мік­роорганізмів до екстремальних (найбільш суворих) умов зовнішнього середовища.

Високий вакуум. Розвиток техніки одержання високого вакуума дозволив визна­чити вплив наднизького тиску на мікроорганіз­ми. Ф. Мореллі довів, що не тільки спороутворюючі, а й неспороносні бактерії добре виживали на протязі 35 діб при тиску 10~8 — 10~9 (одна стомільйонна — одна мільярдна) мм ртутного стовпчика.

Об'єктом дослідження О. Імшенецького, М. Богрова і С. Лисенка був ряд бактерій, що утворювали і не утворювали спор, а також гри­би. Цими мікроорганізмами просочували смужки фільтрувального паперу, які потім ви­сушували спочатку при 40° С, а далі над про­жареним хлористим кальцієм. Після цього їх поміщали на 72 год. при температурі -23° С у високовакуумну установку під тиском 10~~8- 10~9 мм ртутного стовпчика. В цих умовах всі взяті мікроорганізми зберегли життєздатність, а спори грибів вижили навіть краще, ніж при нормальному атмосферному тиску.

Найбільш високий вакуум (3,6*10~10 мм ртутного стовпчика) був застосований у дослі­дах Д. М. Портера, Д. Р. Спікера, Р. К. Хофмана і X. Р. Філіпса. Спори, а також не спороносні мікроби залишались живими на протязі п’яти діб.

Ця надзвичайно велика стійкість, яку ви­являли мікроорганізми, дає підставу гадати, що і вакуум, існуючий у космічному просторі (порядку 10~16 мм ртутного стовпчика), також не буде згубно впливати на них.

Радіоактивне випромінювання.

Деякі мікроорганізми виявляють надзвичайну стійкість до дії іонізуючої радіації. Живі мікроорганізми знайдені у відходах і на стінках атомного реактора.

Рентгенівські промені діють силь­ніше, але й вони в дозах 0,5−1,0 млн. рад не вбивають деяких бактерій. До такого висновку дійшли С. Ж. Данн, В. Л. Кембелл та ін.

Ультрафіолетове випроміню­вання Сонця у відсутності озонного екрана вбиває не тільки вегетативні клітини, а й спори бактерій. Проте якби останні перебували не на поверхні, а всередині великих частинок косміч­ного пилу і тим більше у внутрішній частині метеоритів, то вони були б захищені від уль­трафіолетової радіації. Про це можна судити з результату, одержаного О. О. Імшенецьким у такому досліді. Дрібні мінеральні частинки були змішані із спорами бактерій і розпилені у повітрі, Контролем були ті ж спори, але роз­пилені без мінеральних частинок. Виявилось, що мінеральні частинки захистили спори від згубного впливу ультрафіолетових променів.

Досліди, проведені на радянських косміч­них кораблях, показали, що іонізуюча радіа­ція не виявляє несприятливого впливу на бак­терії. Під дією слабких доз іонізуючої радіації деякі бактерії і найпростіші стають більш стійкими і здатні витримувати потім високі до­зи цієї радіації.

Інструментальні пошуки позаземного життя Зараз учені приділяють велику увагу під­готовці до досліджень, які дозволять з’ясувати, чи існують мікроскопічні живі істоти на інших планетах. З цією метою передбачається заки­нути на Марс та інші планети спеціально скон­струйовані автоматично діючі прилади, пока­зання яких передаватимуться на Землю.

Прилад працює як витяжний вентилятор. Всмоктувані частинки пилу потрапляють до камери з живильним середовищем, що міс­тить сполуку флуоресцеїну з аденозинтрифосфорпою кислотою. Якщо в пилу містяться жит­тєздатні організми, які утворюють фермент фосфатазу, то, розмножуючись, вони розкла­датимуть вказану сполуку. Це приведе до ви­вільнення флуоресцеїну і виникнення флуорес­ценції, яка буде телсметрично уловлюватися наземними спостерігачами. Ав­тори (співробітники відділу екзобіології Стенфордського університету в Каліфорнії) ви­ходили, мабуть, з того, шо аденозинтрифосфорна кислота є універсальним джерелом енер­гії як для земних, так і для га­даних неземних мікроорганіз­мів. Тому відповідній фосфа­тазі належить віддати перева­гу перед іншими ферментами. «Гуллівер» — прилад, на­званий на честь головного ге­роя твору великого англійсько­го письменника Дж. Свіфта «Мандри Гуллівера». Автор зо­бразив Гуллівера першовідкри­вачем нових фантастичних кра­їн, населених дивовижними мешканцями.

Після того як прилад буде скинуто з кос­мічного корабля (на парашуті або в капсулі) і він м’яко торкнеться поверхні Марса, спрацює ударник, який розіб'є ампули із слабкою кис­лотою і з живильним середовищем, що містить радіоактивний атом вуглецю. Вміст обох ампул змішається, і кислота витіснить радіоактивний вуглекислий газ (СІ4О2), що утворюється в середовищі від саморозкладу радіоактивного вуглецю під час польоту корабля. Цей витісне­ний газ буде випущений в атмосферу планети. В той же час два метальні пристрої, вмонтова­ні в капсулу приладу, скинуть два шнури (довжиною 23 фути кожний), покриті слизуватою речовиною (силіконом). Шнури торкнуться поверхні грунту, частинки якого прилипнуть до них. Потім відкриється вхід до камери інкуба­ції, яка містить живильне середовище, і шнури будуть втягнуті туди. За допомогою термостата підтримуватиметься температура трохи вище точки замерзання рідини. Якщо в зібраних частинках грунту знаходитимуться мікроорга­нізми, здатні розмножуватися за цих умов, то виділиться радіоактивний вуглекислий газ. У культуральну камеру вмонтовано детектор бета-променів, покритий гідратом окису барію. При взаємодії з вуглекислим газом утворюєть­ся радіоактивний вуглекислий барій. Через кожні 15 хв. ступінь радіоактивності у детекторі відображуватиметься на шкалі і одер­жані дані по радіо передаватимуться на Зем­лю (Г. В. Левін, А. Н. Хейм, І. Р. Кленденінг і М. Ф. Томсон).

Автори виходили з передбачення, що мар­сіанські мікроорганізми, коли вони існують, у фізіолого-біохімічному відношенні істотно не відрізняються від земних мікробів і можуть серед багатого асортименту живильних речо­вин у вказаному середовищі знайти підхожі джерела живлення. Застосовувані мічені спо­луки повинні містити ізотопи, які можуть бути використані багатьма мікроорганізмами і від­значаються стабільністю. Із органічних сполук, що містять радіоактивний вуглець С14, були ви­пробувані мурашина кислота, глюкоза, оцтово­кислий натрій, піровинограднокислий натрій, гліцин, дріжджевий екстракт, а також цистеїн, який містить радіоактивну сірку S35. У досліді з кишковою паличкою найбільш задовільний результат було одержано при використанні мі­чених мурашиної кислоти і глюкози при рівні активності 5 мккюрі на 1 мл середовища. Для контролю була запропонована та ж сама каме­ра інкубації, але з доданням в живильне сере­довище антиметаболіту — речовини, що пригні­чує розмноження мікроорганізмів. Якщо запущений на Марс експериментальний прилад дозволить виявити діяльність мікроорганізмів, а в показаннях контрольного приладу вона буде відсутня, то це підтвердить існування життя на Марсі. В той же час ріст мікробів і в дослідному і в контрольному приладах можна буде розглядати як доказ того, що мікроор­ганізми Марса стійкі до дії антиметаболіту. Прилад з усім його вмістом піддається стери­лізації.

Перевірка дії «Гуллівера» в земних умовах пройшла успішно.

У кабіні другого радянського космічного корабля поряд з іншими біологічними об'єкта­ми перебувала культура маслянокислих бак­терій. Розмножуючись на середовищі з сахарами при відсутності вільного кисню, ці анаеробні бактерії викликають бродіння сахарів з ут­воренням газоподібних продуктів — вуглекис­лого газу і водню. Це приводить до збільшення тиску до 5 атм і вище. В умовах космічного по­льоту бактерії розмножувались, і збільшення тиску в культурі реєструвалось наземними станціями. Для цього використовували біоло­гічну телеметрію. М. М. Жуков-Вережников з співробітниками використали систему біоелементів АМН-1 (рис. 9). Цей апарат являє со­бою металевий резервуар, що складається з двох камер. В одну з них, посівну (об'ємом 1 елі3), вноситься культура бактерії. У другу, культуральну (об'ємом 10 см3), поміщається живильне середовище. Камери розділені попе­речною скляною стінкою. В посівній камері зверху, а в культуральній знизу перегородки замінено гнучкими мембранами.

Під час дії апарата автоматично замикало­ся електричне коло, спрацьовувало реле удар­ного пристрою, що розбивав скляну стінку, і спори бактерій потрапляли в живильне середовище. Два біоелементи перебували у спеціаль­ному термостаті, в якому підтримувалась тем­пература близько 37° С, а в двох інших біоелементах температура була така сама, як і в ка­біні корабля (17−20°). Гази, що утворилися в результаті життєдіяльності бактерій, прогина­ли мембрану, і це викликало замикання елек­тричного кола. Потім спрацьовувало реле ударних пристроїв. Наземна інформація улов­лювала сигнали про те, що спрацював ударний пристрій, далі - про включення термостата і, нарешті, про підвищення тиску в культураль­ній камері.

І. Масон запропонував створити таку елек­тронну машину, яка, будучи доставлена на Марс, зможе автоматично здійснювати посіви марсіанського пилу на тверде живильне сере­довище, підраховувати кількість ростучих мік­робних колоній, а також передавати їх знімки засобами телебачення.

На рис. 10 наведена схема універсального мікроскопа, запропонованого Дж. Ледербергом для виявлення мікроорганізмів на Марсі.

Найважливіша частина цієї установки — автоматично діючий мікроскоп з ультрафіоле­товим освітленням і безперервним регулюван­ням фокусної відстані. Після «примарсення» атмосферний пил і частинки поверхневого ша­ру «грунту» збиратимуться на рухомій прозо­рій стрічці транспортера, яка підводиться до мікроскопа, а зображення передаватиметься засобами телеметрії на Землю. Спеціальна апаратура призначена для захисту мікроскопа і його вдалого розміщення, для фокусування, освітлення, після того як він потрапить па по­верхню планети.

Цілком можливо, що запропонованим Ле-дербергом способом пощастить виявити на час­тинках «грунту» Марса чи в його атмосфері утворення, що нагадують спори або вегета­тивні клітини земних мікроорганізмів. У ґрун­товій мікробіології методи прямого мікроско­пування, запропоновані С. М. Виноградським, М. Г. Холодним та ін., знайшли широке засто­сування. Б. В. Перфильєв і Д. Р. Габе описали ряд нових видів мікробів тільки на підставі спостережень їх морфології в тонких капіляр­них трубках. Користуючись електронною мік­роскопією, Д. І. Нікітін, Л. В. Васильєва і Р. А. Лохмачова нещодавно виявили в грун­тах незвичайні форми організмів.

Разом з тим мікробіологам доводиться зу­стрічатися з утвореннями, зовнішній вигляд яких не дозволяє впевнено вирішити, чи є вони мікроорганізмами чи лише схожі на них. Тому в приладі Ледерберга є пристрій для автома: тичного вирощування гаданих організмів на живильних середовищах і деяких автоматич­них хімічних аналізів цих середовищ. Розпочи­наючи пошуки живих мікроскопічних істот у Всесвіті, дослідники виходять з такого при­пущення: якщо поза Землею існують живі організми, то вони принципово не відрізняються зовні і за обміном речовин від земних мікро­організмів.

Стерилізація космічних кораблів Висока стійкість земних мікробів до екс­тремальних факторів і надзвичайно сильно ви­ражена їх здатність до пристосування приму­шує з усією серйозністю підходити до питання про можливість занесення їх на інші планети. На поверхні космічних кораблів і всередині їх перебувають різні мікроорганізми. Тому мік­робне забруднення космосу під час польотів космічних кораблів цілком можливе. Небезпе­ка штучного мікробного обсіменіння є особ­ливо реальною, коли кабіна космічного кораб­ля або деякі предмети, що в ній перебувають, потрапляють на іншу планету. Поки що це сто­сується Місяця і Венери, проте за ними наста­не черга Марса та інших планет. Якби зане­сені космічними кораблями мікроби там роз­множились, назавжди була б утрачена можли­вість вирішити, чи існувало там життя до вторгнення земних мікроорганізмів.

Радянські дослідники — М. М. Сісакян, О. Т. Газенко, А. М. Генін та ін.- вважають, що запобігання безконтрольному занесенню земних форм життя на інші небесні тіла є зав­данням виняткової теоретичної і практичної важливості. Такої ж думки дотримується ряд зарубіжних учених. С. Міллер і Т. Юрі вважа­ють, що забруднення Марса було б необорот­ною і безпрецедентною катастрофою. Г. В. Левін і його співробітники звертають увагу на те, що на Марсі, треба гадати, поки що немає жит­тя, але під час еволюції ця планета вже дійшла до такого стану, коли на ній можливе виник­нення життя. В такому випадку зараження йо­го земними життєздатними мікробами вияви­лося б «трагедією, і людство повинно було б нести моральну відповідальність за зміну ево­люційного шляху на цій планеті» .

Технічне здійснення стерилізації космічних кораблів пов’язане із значними труднощами. Термічний спосіб, заснований на використанні насиченої перегрітої пари, у даному випадку непридатний через шкідливу дію пари на де­які компоненти космічного корабля. Суха сте­рилізація при 160° С на протязі 20 хв. ефек­тивна, але близько 20% речовин, що йдуть на побудову космічного корабля, не витримують такої температури. Стерилізація сухим жаром при 125−135° С на протязі 24−26 год. приво­дить до загибелі мікробів, проте негативно впливає на точність показань деяких електрон­них приладів. Невдачі при перших спробах американців запустити на Місяць космічний корабель «Ренджер» пояснювали його тер­мічною стерилізацією.

При достатній тривалості дії згубно впли­ває на мікроорганізми ультрафіолетове опро­мінення, проте практично воно навряд чи здій­сненне.

Із хімічних засобів увагу дослідників при­вернули окис пропілену і особливо окис ети­лену. Остання сполука розчинна в багатьох субстратах, наприклад, у гумі, пластиках і маслах. Вона не спричиняє корозійної дії, не займається на повітрі, слабко токсична для людини, не діє на поліетилен. Тому під полі­етиленовим покриттям можна простерилізува­ти цілий корабель. С. Р. Філіпс і В. Варшавскі вважають, що дія окису етилену на бактерії і їх спори у багато тисяч раз ефективніша, ніж дія інших антисептиків.

Після перших невдач із запуском на Місяць космічного корабля «Ренджер» Американська національна адміністрація з астронавтики і космосу (ПАСА) вирішила відмовитися від термічної стерилізації і запускати на Місяць непростерилізовані ракети, якщо використання окису етилену виявиться недостатнім.

Показовий приклад нашої країни: другу ра­дянську космічну ракету, яку запустили ве­ресня 1959 року і яка доставила на Місяць вимпел з Державним гербом СРСР, піддали стерилізації.

У лютому 1966 року відбулася прес-конфе­ренція, присвячена м’якій посадці на Місяць радянської космічної станції «Луна-9». При­сутні там журналісти поцікавилися, чи немає небезпеки проникнення земних мікробів на по­верхню Місяця. На це академік М. В. Келдиш відповів, що вживаються спеціальні заходи до того, щоб цього не сталося.

1 березня 1966 року апарат с гербом і вим­пелом Радянського Союзу, відокремившись від автоматичної міжпланетної станції «Венера-3», досяг поверхні Венери. Перед стартом цей апа­рат піддали ретельній стерилізації. З кожним роком збільшується кількість за­пущених у космічний простір зондів, ракет, ко­раблів. Деякі з них залишаються там назавж­ди, інші повертаються на Землю. При проход­женні крізь приземні шари атмосфери їх по­верхня нагрівається до високої температури, при якій мікроорганізми гинуть. Але уявімо собі, .що в кабіні перебуватимуть зразки кос­мічного пилу, частинки метеоритів або шма­точки планетних «грунтів». Якщо припустити, що в них містяться живі зародки, здатні «аклі­матизуватися» у земних умовах, то внаслідок прямої чи непрямої участі людини виявиться можливим не тільки «забруднення» космосу земними мікробами, а й занесення космічних мікроорганізмів на Землю. О. О. Імшенецький дотепно назвав це космічним «експортом-імпортом».

Пригадаймо твір англійського письменника-фантаста Г. Дж. Уеллса «Боротьба світів». Мешканці Марса висадились на Землю. Пи­сьменник зобразив їх кровожерними істотами з потворною зовнішністю. Вони привезли з со­бою грізну зброю винищення — апарати, що випускають запалювальні промені. Люди були безсилі в боротьбі з цим ворогом. Але організм марсіан виявився беззахисним перед земними мікробами, страхітливі прибульці швидко за­гинули від інфекції. Фантазія Уеллса перетво­рила мікроорганізми у рятівників людського роду. В сучасній літературі, не фантастичній, а науковій, розглядається питання, коли саме, за яких обставин, космічні мікроорганізми (як­що вони існують) могли б загрожувати людству. М. М. Жуков-Вережников і співробітники нагадують, що всі великі географічні відкриття супроводжувались епідеміями чуми, холери, жовтої пропасниці. «Людство, — пишуть во­ни, — вже не раз розплачувалося сотнями міль­йонів життів за незнання мікробної обстановки на новоосвоюваних невідомих природних зо­нах. Не можна допустити, щоб у споконвіку замкнуту атмосферою і магнітними полями земну систему проникли із-зовні штучно достав­лені на неї субстрати, про які нічого невідомо відносно їх мікробіологічної нешкідливості» .

Тому О. О. Імшенецький вважає, що дове­деться організувати щось на зразок карантин­ної служби космосу, а Дж. Лєдерберг пропо­нує введення суворого ембарго на передчасне доставлення на Землю матеріалів з інших пла­нет.

Була висловлена думка про те, що космічні мікроорганізми необхідно докладно вивчити. Спочатку для, цього слід використати штучні супутники Землі або позаземні станції, де імі­туватимуться земні умови. Якщо буде встанов­лено безпечність цих мікроорганізмів для рос­лин, тварин і людини, можна продовжити їх більш повне вивчення на Землі.

На поверхні тіла людини, в її ротовій порожнині і кишковому тракті існує різнома­нітна мікрофлора, представлена нешкідливими (сапрофітними) мікроорганізмами. Чи можуть вони змінитися під час космічного польоту, пе­ретворившись у хвороботворні форми. Дослідження О. Т. Алексєєвої і А. П. Волкової, про­ведені в 1960;1961 рр. під час польоту собак на геофізичних ракетах, не виявили істотного впливу факторів польоту на мікроорганізми шкіри піддослідних тварин. Такі ж дані були одержані при аналізі мікрофлори шкіри і зіва людини до і після польоту на космічних кораб­лях «Восток», «Восток-2», «Восток-3» і «Восток-4».

Проте це стосується короткочасних дослі­дів. Що ж може статися з мікробами при три­валому перебуванні людини у Всесвіті? На це поки що не можна відповісти.

Звичайно, наведені вище висловлювання і припущення поки що мають чисто умогляд­ний характер, оскільки залишається невирішеною основна проблема — чи існує життя поза Землею. Тільки тоді, коли ця проблема буде вирішена позитивно, питання про взаємовідно­сини людини з мікроскопічними істотами з кос­мосу буде актуальним. А якщо коли-небудь виникне реальна загроза з боку мікроорганіз­мів, що населяють інші світи, це не зупинить людину в її прагненні пізнати таємниці Все­світу.

Можна не сумніватися в тому, що при не­обхідності космічна медицина збагатиться но­вим розділом — космічною імунологією і від­шукає ефективні засоби боротьби з мікробною небезпекою. Мікроорганізми як біологічні Індикатори в космічних умовах 12 квітня 1961 р. перший у світі радянський космічний корабель «Восток» з людиною на борту, здійснивши політ навколо земної кулі, повернувся на Землю. Перша людина, що проникла в космос, — льотчик-космонавт Ю. О. Гагарін. До цього історичного польоту в косміч­ний простір були запущені різні організми для уточнення впливу екстремальних умов на живі організми. Серед посланців планети Земля по­ряд з тваринами й рослинами були й лізогенні бактерії, носії фагів. Останні е різновидом вірусів. Вони здатні лізірувати (розчиняти) певні види бактерій. У клітинах лізогенних бактерій фаги перебувають у бездіяльному, прихованому стані. Під впливом навіть дуже незначних доз іонізуючої радіації фаги набу­вають активності. Тому лізогенні бактерії мо­жуть служити дуже тонким індикатором на дію іонізуючих радіоактивних випроміню­вань.

На радянських супутниках, запущених на орбіти, по яких пізніше літали космонавти Ю. О, Гагарін і Г. С. Титов, досліди з лізогенною культурою — кишковою паличкою пока­зали, що рівень радіації на цих орбітах не ви­кликає появи активних фагів і, отже, є безпеч­ним для людини.

Так стояла справа, доки тривалість орбі­тальних польотів залишалась короткочасною. Коли ж вона значно збільшилася, М. М. Жуков-Вережников і співробітники виявили неве­лику, та все ж вловиму позитивну реакцію з тими ж бактеріями.

При випробуванні різних хімічних сполук на їх захисну, протипроменеву дію ті самі до­слідники використали лізогенні бактерії. Перш за все були взяті такі речовини, захисна дія яких добре відома, — цистеїн і цистеамін. Додавання їх до культури лізогенних бакте­рій, підданих дії рентгенівського проміння, до­зволило встановити, що ці речовини охороня­ють від появи активних фагів. У контролі ж, коли цистеїн або цистеамін не додавались, рентгенівське опромінення призводило до фагоутворення. Це свідчило про те, що лізогенні бактерії можуть служити чутливим і дуже зручним індикатором для виявлення антипроменевої дії. Тоді було випробувано ряд препа­ратів різної хімічної природи і виявлено речо­вину, яка відзначається найбільш ефективною радіозахисною дією, — бета-меркаптопропілен. її властивості дійсно підтверджувалися пізні­ше на лізогенних бактеріях під час польотів кораблів «Восток-5 і «Восток-6».

Для космічних ракет застосовується хіміч­не паливо, яке навіть при дальшому вдоскона­ленні дозволить одержувати швидкості поряд­ку 50−100 км на секунду. Вже в нинішній час посилено розроблюється ракетна техніка, за­снована на використанні атомної енергії. Це в кілька разів прискорить рух атомних ракет. Потім на зміну їм прийдуть іонні двигуни, в яких будуть використані іонізовані частинки газу. В результаті відбудеться різкий стрибок у швидкості руху космічних апаратів. Нареш­ті, як гадають, техніка досягне такого рівня, коли буде створено двигун, що даватиме швид­кість, близьку до теоретично можливого мак­симуму — швидкості світла. На фотонній (або квантовій) ракеті з таким двигуном величезна кількість енергії буде утворюватись у резуль­таті «анігіляції» матерії, коли елементарні частинки з'єднаються з відповідними антича­стинками. Наприклад, при зіткненні протона і позитрона обидві частинки зникнуть, проте утворяться гамма-промені, фотони, які будуть відбиватися досконалою системою дзеркаль­них рефлекторів.

Природно, що з кожним етапом докорінної зміни швидкості польоту космічних кораблів потребуватимуться попередні досліди на живих об'єктах, і серед них зможуть бути використа­ні й мікроорганізми.

Коли подорожі у Всесвіті здійснювати­муться з швидкістю, що перевищує близько 150 тис. км на секунду, з’явиться можливість біологічної перевірки «парадоксу часу». Згід­но з принципом відносності Ейнштейна, маса тіла збільшується із зростанням швидкості його руху. Звідси випливає, що при прискоренні руху повинна збільшуватись маса атомів і мо­лекул, і це приводить до уповільнення хіміч­них, а в живому організмі біохімічних реак­цій. Іншими словами, життя на космічній ра­кеті минає повільніш, ніж на Землі. Поки стрілка годинника на космічному кораблі, що летить з швидкістю, близькою до світлової, зробить один оберт, на такому самому годин­нику на Землі вона встигне зробити кілька обертів.

Якщо швидкість польоту ракети є малою порівняно з швидкістю світла, то різниця в ча­сі на ракеті і на Землі дуже мала, і нею можна знехтувати. Інша справа, якщо будуть досяг­нуті надвисокі швидкості. А. Ландау та Ю. Румер наводять такий приклад. Для того щоб досягти зірки Сіріус і повернутися на нашу планету, космічному кораблю, який летить з швидкістю 240 тис. км на секунду, буде потріб­но за земним численням 15, а за корабель­ним — тільки 9 років. Таким чином, космонав­ти повернуться в майбутнє, зазнавши «омоложення» на 6 років.

Англійський письменник-фантаст Г. Дж. Уеллс у своєму творі «Машина часу» описав подорож в минуле і майбутнє людства. Згідно з принципом відносності, ця фантастика є в основному реальною, але тільки у вигляді по­дорожі в майбутнє.

У галузі фізики «парадокс часу» вже одер­жав експериментальне підтвердження в дослі­дах по вимірюванню часу розпаду елементар­них частинок, що перебувають у спокої або рухаються з величезною швидкістю. Частинки ці входять до складу космічних променів — пі-мезонів.

Піп стосується перевірки вказаного «пара­доксу» стосовно до біології, то зробити це бу­дуть в змозі тільки наші віддалені нащадки. Проте радянські мікробіологи М. М. Жуков-Вережников і співробітники вже зараз обгово­рюють можливість використати для цієї мети мікроорганізми, швидкість розмноження яких можна буде визначити одночасно на Землі і в кабіні космічного корабля, який переборює простір Всесвіту з швидкістю, близькою до світлової.