Насколько нам известно, в космосе пищи не найти. Если мы хотим исследовать последние из известных нам фронтиров, нам придётся брать её с собой. Одним из самых древних и распространённых видов пищи на планете Земля являются морепродукты, однако мы удивительно мало знаем о том, как водные животные будут реагировать на условия микрогравитации, с которыми они столкнутся в космосе. Новая статья исследователей из Японского научного университета Окаяма, недавно опубликованная в журнале «Microgravity Science and Technology», призвана ответить на этот вопрос. В ней был использован новый метод моделирования микрогравитации для наблюдения за реакцией ракообразных на космическую среду, и было установлено, что они, вероятно, могут стать хорошими кандидатами для включения в будущую космическую пищевую цепочку.

Большинство экспериментов по микрогравитации на Земле проводятся в камерах свободного падения или во время параболических полётов — оба этих метода обеспечивают лишь несколько секунд настоящей «микрогравитации» и не подходят для длительных испытаний. Международная космическая станция предлагает достойную альтернативу, но её использование чрезвычайно дорого, а пространство для проведения дополнительных экспериментов на ней весьма ограничено. Поэтому исследователи обратились к альтернативному инструменту — клиностату.

Эти специализированные камеры быстро изменяют ориентацию находящегося в них содержимого, варьируя действующее на него гравитационное поле и имитируя, по крайней мере, некоторые эффекты микрогравитации. Они вращаются таким образом, что совокупное действие силы тяжести и центробежной силы в конечном итоге сводится практически к нулю в течение определённого периода времени. Эти устройства хорошо подходят для одноклеточных организмов и растений. Однако для сложных животных они не столь эффективны.

Типичные клиностаты вращаются относительно медленно — всего 10–25 оборотов в минуту. Подвижное животное, помещённое в такой клиностат, может переориентироваться достаточно быстро, чтобы компенсация центробежной силы не сработала, что сводит на нет эффект «микрогравитации», который так хорошо работает с менее сложными организмами. Поэтому исследователи решили: а почему бы не построить клиностат, который вращается быстрее?

В результате они разработали специальный клиностат, вращающийся со скоростью около 130 оборотов в минуту — более двух раз в секунду. Такой быстрый цикл не даёт сложным организмам, таким как креветки или рыбы, достаточно времени, чтобы переориентироваться в соответствии с гравитационным полем Земли до того, как устройство изменит их ориентацию. Другими словами, ускорение вращения позволяет этим образцам морепродуктов испытать псевдоневесомость.

С помощью нового клиностата с повышенной мощностью исследователи приступили к экспериментам с живыми животными. Первыми испытуемыми стали молодые креветки курума. Исследователи соорудили контейнер для образцов, оснащённый цифровой камерой и освещением, и подвергли креветок 15-минутной симуляции микрогравитации, внимательно наблюдая за тем, как они пытались питаться. Активное вращение приводило к бурному переливанию воды внутри контейнера, создавая внутреннее течение со скоростью примерно 0,15 м/с.

Видео эксперимента, на котором видно, как некоторые креветки питаются в условиях микрогравитации. Источник — канал 牧祥 на YouTube

Чтобы противостоять этому переливанию, креветки цеплялись за пластиковую сетку, которая находилась в контейнере. Кроме того, они питались только кормовыми гранулами, появлявшимися прямо перед их ртом, а не активно охотились, как они делали бы в обычной среде с ускорением 1G. Важно отметить, что когда движение воды прекращалось, креветки питались наиболее эффективно. К сожалению, трудно определить, было ли ограниченное пищевое поведение креветок вызвано переливанием воды или микрогравитацией, но повышенная активность при остановке движения воды служит убедительным доказательством того, что креветки действительно будут активно питаться в условиях микрогравитации, если окажутся в ней.

Исследователи наблюдали не только за поведением креветок при кормлении, но и за генетическими изменениями. Они подвергли группу креветок 24-часовому воздействию имитации микрогравитации, а затем провели анализ с использованием Gene Ontology (GO), сравнив их РНК с РНК контрольной группы, которая находилась в условиях нормальной гравитации 1G. Были обнаружены резкие изменения в генах, контролирующих процесс метаболизма хитина, а также в генах, определяющих развитие их кутикулы. Поскольку обе эти особенности связаны с передвижением и экзоскелетом креветок, это явно указывает на то, что «микрогравитация» влияет на их движения даже на биологическом уровне.

Поскольку креветки относительно крупные и поэтому их сложно исследовать в статистически значимом количестве, исследователи также провели подтверждающий эксперимент с использованием артемий, которых ещё называют «солёными креветками» или «морскими обезьянками». Их подвергали непрерывному 4-дневному вращению в клиностате, и исследователи наблюдали, как они успешно охотились на водоросли, выделяли отходы в результате питания и значительно увеличивались в размерах. Другими словами, они жили своей обычной жизнью в условиях микрогравитации, по‑видимому, без каких‑либо серьёзных негативных последствий.

Однако не все эксперименты увенчались полным успехом. Изначально исследователи хотели собрать данные и о некоторых видах рыб, но камеры не справились с этой задачей, в результате чего результаты, представленные в статье, ограничились беспозвоночными, что открывает широкие перспективы для следующего этапа исследований. К счастью, в рамках других проектов также предпринимаются попытки работать с рыбой в космосе, в том числе в рамках программы Lunar Hatch, цель которой — поместить оплодотворённые икринки рыб в воду на Луне, и проекта SpaceGenFish, в рамках которого разрабатывается полностью автоматизированная система морепродуктов для использования на МКС.

Однако на данный момент требуются дополнительные исследования, чтобы морепродукты могли сыграть ключевую роль в обеспечении будущих космонавтов свежим источником мяса. Учитывая успех этой технологии на Земле и постоянную поддержку, которую получает её космический аналог, это, безусловно, не последний раз, когда мы слышим о «морских обезьянках», используемых для космических экспериментов.