Академик Н. СИСАКЯН

Начатая советским народом эра завоевания космоса вызвала к жизни новую комплексную биологическую дисциплину — космическую биологию. Нет такого раздела биологической науки, который остался бы в стороне от активного участия в разработке проблем освоения космоса.

За последние десятилетия космическая биология и медицина проделали большой и славный путь. Его начало было положено полетами подопытных животных на высотных геофизических ракетах, поднимавшихся на 100-450 км.

Большим шагом вперед был многоступенчатый биологический эксперимент с Лайкой на втором искусственном спутнике Земли. В его ходе был испытан целый ряд систем, обеспечивающих условия жизнедеятельности, а также разнообразная автоматика, радиотелеметрическая и другая аппаратура. И хотя этот эксперимент не дал возможности изучить координацию движений, состояние высшей нервной деятельности, а также углубленно исследовать животное после полета, он показал, что условия продолжительного полета, связанные с воздействием большого комплекса факторов и длительного состояния невесомости, вполне переносимы для живого организма. Перед полетами человека в космос были поставлены эксперименты на космических кораблях-спутниках Земли. «Белка» и «Стрелка», а затем «Чернушка» и «Звездочка» были успешно возвращены на Землю после орбитального космического полета и подвергнуты глубокому исследованию. Ученые смогли сделать вывод о полном отсутствии какого-либо отрицательного влияния полета.

Вероятно, и в будущем полеты животных и других биологических объектов будут предшествовать полету человека на другие планеты, служить необходимой биологической пробой. Однако только человек может дать исчерпывающие ответы на такие вопросы, как работоспособность, влияние эмоционально-психических факторов, возможность активного участия в управлении кораблем и в исследовательской работе на его борту. На многие из этих вопросов Ю. Гагарин дал исчерпывающие ответы.

Ю. Гагарин получил уникальный по своей ценности научный материал. Впервые человек испытал на себе все, что связано с космическим полетом, впервые хозяйским глазом осмотрел весь земной шар и предельно четко сообщил миру о всем испытанном и увиденном. Исторический полет космического корабля «Восток-1» как бы продолжил «Восток-2». Опираясь на могучие крылья науки и техники, Герман Титов приумножил выдающиеся достижения первого космонавта.

Одна из характерных особенностей космических полетов — их продолжительность. Поэтому мы не можем ориентироваться только на возможность перенесения человеком сильных, но кратковременных воздействий. Необходимо решить проблему длительного пребывания в космосе. В этом отношении полет Г. Титова — качественно новый этап в развитии космических исследований, поскольку он дал возможность вынести определенное суждение о состоянии и функциях человеческого организма в течение суточного жизненного цикла в особых условиях космического полета.

После полета Германа Титова было установлено, что в основном все физиологические функции организма человека не имели патологических отклонений.

Суточная ритмика дыхания и сердечной деятельности не была нарушена в полете, и уровень показателей этих функций соответствовал деятельности, которую выполнял космонавт. Так, например, в полете во время сна частота пульса Г. Титова почти точно соответствовала частоте во время сна в наземных условиях. Сон был достаточно глубоким, освежающим, космонавт проснулся отдохнувшим.

Титов успешно управлял космическим кораблем, делал необходимые записи в бортовом журнале, непрерывно поддерживал связь с Землей.

Необходимо отметить, что длительное пребывание в состоянии невесомости вызвало у Г. Титова некоторые изменения со стороны вестибулярного аппарата, и это временами проявлялось в неприятных ощущениях. Однако когда космонавт принимал исходную собранную позу и не делал резких движений головой, указанные явления почти полностью исчезали. Возможно, неприятные ощущения явились следствием индивидуальных особенностей Г. Титова. Поэтому вопрос о состоянии человека в условиях длительной невесомости потребует дальнейшего изучения.

Результаты исследований в космосе позволили не только получить большое число новых и важных научных фактов, оценить эффективность разнообразных систем жизнеобеспечения, но также увидеть и наметить перспективы дальнейших исследований биологических проблем будущих межпланетных сообщений.

В частности, необходимо изучить действие полетов гораздо большей продолжительности, по новым неизведанным трассам, разрабатывать новые сложные системы обеспечения условий жизнедеятельности космонавтов, отправляющихся в далекие и продолжительные путешествия и многие другие задачи. Однако то, что уже сейчас наши сведения о влиянии космических факторов на земные явления, и особенно на процессы, протекающие в атмосфере, стали полнее, открывает зримые перспективы на будущее.

Ученые, в том числе биологи, стали все чаще обсуждать перспективы космических полетов будущего. Представители экспериментальной науки с большой осторожностью, но все же высказывают некоторые соображения о биологических эффектах, которые могут возникнуть у космонавтов — наших потомков — при полетах на космических кораблях, движущихся со скоростью, соизмеримой со скоростью света.

Хорошо известно, что ученые часто спорят при разрешении научных проблем сегодняшнего дня. Обсуждение научных проблем будущего не составляет исключения. Правда, некоторые вопросы не вызывают острых дискуссий, большинство исследователей уже рисуют их себе достаточно четко и согласованно.

Так, например, астрофизики и биологи сходятся в своих взглядах, считая, что метеорное вещество и ионизирующее излучение космического пространства могут стать препятствием для будущих полетов, особенно, если они будут совершаться с крайне большими скоростями. Уже сейчас, справедливо считают они, необходимо продумать надежные способы защиты людей, которые будут летать на межзвездных кораблях будущего.

Кому из нас не доводилось наблюдать в безоблачные ночи «падающие звезды» — метеоры, которые, вспыхивая и погасая, быстро проносятся по темному небосводу. Это явление, как известно, происходит вследствие проникновения метеорных тел в атмосферу.

Выпавшие на Землю метеориты имеют довольно сложное химическое строение. Железные метеориты состоят, например, из железа, никеля и кобальта, а каменные — из кремния, магния и их соединений с кислородом.

Особый интерес представляют так называемые углеродистые метеориты. В их осколках обнаружены углеводороды, близкие, как считают, к углеводородам парафинового ряда — веществам, входящим в состав пчелиного воска, и многие другие органические продукты. Находки подобного рода заставляют серьезно задуматься о распространении органической материи во Вселенной.

Атмосфера Земли, как своеобразный панцирь, надежно защищает от попадания на ее поверхность метеорных частиц. Иначе обстоит дело с планетами, лишенными атмосферы, например с Луной. Считают, что ее поверхность покрыта слоем метеорной пыли и поэтому испещрена множеством кратеров, часть из которых имеет метеорное происхождение. Очевидно, встреча с метеорными телами может представлять определенную опасность для космического корабля.

Опыт полетов искусственных спутников Земли и космических ракет, к счастью, показал, что «метеорная опасность» не так уж велика, как это можно представить на основании теоретических расчетов. Вместе с тем нельзя ее и недооценивать. Само собой понятно, что особое значение проблема метеорной опасности приобретает при полетах на скоростях сравнимых со скоростью света.

Следует ли говорить о возможных последствиях нарушения герметичности кабины корабля. Сейчас всем хорошо известно, что это повлечет за собой для космонавтов. Естественно, что разработке необходимых технических средств защиты корабля и экипажа — важная научно-техническая проблема

Как обстоит дело с радиационной опасностью при нарастании скорости полета до величин, близких к скорости света? Специалисты в области физики космических лучей отмечают, что увеличение этой опасности будет прежде всего связано с возникновением так называемого тормозного излучения. Они полагают, что опасность радиационного поражения при полетах на скоростях, близких к скорости света, возрастает в тысячи, даже миллионы раз. Несмотря на крайнюю разреженность космического пространства (предполагают, что плотность водорода в нем составляет один атом на кубический сантиметр), если скорость космического корабля достигает трех десятых скорости света, то в результате взаимодействия межзвездного вещества с лобовой поверхностью ракеты возникает рентгеновское излучение значительной интенсивности, которое может быть опасным для космонавтов.

Опасность радиационного поражения, как отмечают физики, значительно возрастает еще и по той причине, что при столь стремительном полете к какой-либо звезде спектр излучения ее согласно принципу Доплера будет сильно смещен к фиолетовой части. В связи с этим космический корабль будет со все нарастающей интенсивностью облучаться волнами с частотами, близкими к рентгеновскому излучению.

Для создания безопасных условий космонавтам при полетах с очень большой скоростью потребуется серьезная защита экипажа от проникающей радиации. При этом средства защиты должны соответствовать условиям полета. Эти условия не могут быть оценены без данных астрофизических исследований предполагаемой трассы полета космического корабля.

Известно, что даже применительно к практике нашего времени опасность космических излучений определяется орбитой, по которой будет двигаться космический корабль. Оказалось, что интенсивность их различна не только в районах околоземного пространства, где, как известно, имеются пояса повышенной радиации. Условия в этом отношении оказываются неодинаковыми и при полетах в мировом пространстве. Если окажется, что на пути пролегают зоны с высокой интенсивностью, то придется прибегать к их облету или же создавать специальные средства защиты.

Рассматривая перспективу полетов, нельзя не учитывать возможности возникновения чрезвычайных условий: экипаж корабля подвергнется каким-либо опасным для жизни внешним воздействиям, будет испытывать катастрофический недостаток кислорода, воды или пищи.

Решить проблему можно было бы путем значительного снижения процессов обмена веществ, приведения человека в состояние, близкое к анабиозу. Изыскание и разработка метода контролируемого искусственно создаваемого в нужный момент состояния, близкого к анабиозу или летаргии, представляет сложную, интересную и исключительно важную теоретическую и практическую задачу

Таким образом, метеорная и радиационная опасности, очевидно, представляют наиболее существенные проблемы, от удовлетворительного решения которых в значительной мере будет зависеть возможность межзвездных полетов человека.

Думается, что и в дальнейшем при решении этих вопросов ученые будут идти тремя путями: разработка рациональной конструкции оболочки аппарата, следование безопасными трассами в обход зон повышенного содержания метеорного вещества или интенсивного излучения, создание способов физической, химической и биологической защиты космонавтов. Хотелось бы подчеркнуть, что отечественные и зарубежные ученые наметили вполне обнадеживающие перспективы.

Решение многих задач космической биологии тесно связано с автоматикой, радиоэлектроникой, кибернетикой и т. д. Дело в том, что в отличие от исследований, проводимых биологом на Земле, любые измерения в полете связаны с передачей информации по радиотелеметрическим линиям. Биологическая телеметрия — основной метод исследования и получения научной информации во время космического полета.

Использование радиотелеметрии накладывает специфический отпечаток на методику и технику биологических экспериментов. Биологам и инженерам, работающим в этой области, предстоит создать новые датчики — преобразователи физиологических и биологических показателей в электрические, разработать автоматически действующие системы для оперативного контроля за любыми биологическими объектами и космонавтами в полете, продолжать внедрение вычислительной техники для обработки научных данных.

С увеличением длительности и дальности космических полетов возникают проблемы автоматической обработки биологической информации на борту космического корабля с вводом обобщенных результатов не только в радиолинию, но и в систему его управления. Для этого необходимы специальные методы кодирования информации, построения рациональных алгоритмов для ее анализа и создания малогабаритных, экономичных и надежных электронных цифровых вычислительных машин.

Всем ясно, что для членов экипажа космического корабля необходима атмосфера, пища, вода и другие условия для нормальной жизни и труда во время длительного путешествия в космосе. Фактор времени налагает существенный отпечаток на способы обеспечения жизни экипажа космического корабля. Одно дело путешествие к Луне или полет на искусственном спутнике Земли продолжительностью, скажем, несколько дней или недель. Запасы кислорода, пищи и воды при этом будут невелики.

А если полет рассчитан на год, два или больше? Простые расчета показывают, что вес запасов продуктов питания и кислорода составит астрономические цифры и полет окажется просто нереальным.

Существенный выигрыш может дать осуществление в кабине корабля полного «круговорот воды». Вода, потребляемая человеком, полностью выделяется, собирается и с помощью специального оборудования очищается, «Регенерированная вода» пригодна для использования человеком вновь.

Изысканы и способы восстановления необходимого для дыхания кислорода: химическая регенерация, физико-химическая и биологическая. Последняя отличается рядом очевидных преимуществ. Помещенные в кабину космического корабля зеленые растения, так же как на Земле, благодаря фотосинтезу будут поглощать из атмосферы углекислый газ и выделять кислород. При этом будет происходить синтез органических соединений, идущих на построение тела растения. Тут два важных результата: обогащение атмосферы кислородом и синтез веществ, годных для питания животных и человека.

Некоторые растительные организмы, как, например, микроскопическая одноклеточная водоросль— хлорелла, отличаются особой продуктивностью кислорода. Животные наряду с растениями составят на борту корабля искусственную экологическую среду, обеспечивающую человека пищей и кислородом.

Это будет означать создание в кабине корабля замкнутой системы круговорота веществ, подобной той, какая издавна существует на Земле. Незамкнутым окажется лишь круговорот энергии. Ее необходимо получать извне (например, от Солнца), накапливать, трансформировать.

Обеспечение дальних и длительных полетов в космос этим далеко не исчерпывается. Встают и многие другие весьма сложные, зачастую совершенно новые проблемы. Среди них особое место занимает психология: отбор, совместимость членов экипажа, проблема так называемой «отрешенности или отрыва от земли» и многие другие.

Если иметь в виду полеты далекого будущего на звездных кораблях, то нельзя забывать и проблему времени. Ученые и писатели-фантасты немало писали и говорили о возможности «путешествия во времени». Знаменитый французский математик Ланжевен в начале нашего столетия, основываясь на теории относительности, высказал идею о парадоксе времени. Речь идет о разнице в возрасте между летящими в мировое пространство космонавтами и наблюдателями, находящимися в состоянии «покоя» на Земле. Она возникает в связи с замедлением времени при полете со скоростью, близкой к световой. Это проблема, о которой нет единого представления как у физиков, так и у биологов. В настоящее время идет речь о том, существует ли истинное замедление времени в биологических системах или же этот вопрос сводится лишь к различному отсчету времени у летящих в космос путешественников и у их современников, оставшихся на Земле.

Если существует истинное замедление времени, то скорость биохимических реакций, протекающих в живом организме на звездолете, должна изменяться, а это неминуемо связано с соответствующими биохимическими и физиологическими сдвигами.

Другой важный раздел космической биологии — экзобиология, которой предстоит выяснить, есть ли жизнь вне Земли, в космическом пространстве и на планетах солнечной системы, определить ее особенности и формы.

Достаточно широкую известность получили различные гипотезы о существовании живой материи на небесных телах солнечной системы и во Вселенной в целом. К сожалению, точные данные пока очень ограничены.

Дальнейшим развитием концепции В. И. Вернадского о биосфере Земли явилось представление о зоне жизни в пределах солнечной системы — экосфере Солнца. Исходя из предположения, что органическая жизнь, основанная на углеродных соединениях, возможна при температурах от +80 до -70°Ц, область пространства с подобными условиями располагается на расстоянии от 92 до 275 млн. км от Солнца. В этой зоне находятся три планеты: Венера, Земля, Марс, причем Земля располагается почти в термическом центре экосферы. Ее среднегодовая температура составляет около +14°, в то время как на Венере она около +50°, на Марсе примерно -50°Ц.

Все попытки решить вопрос о существовании жизни на Марсе при помощи наблюдений с Земли встречали большие трудности. Лишь недавно, применив инфракрасную спектроскопию в темных областях планеты (так называемых морях), удалось обнаружить спектры поглощения, считающиеся характерными для органических соединений биологического происхождения. Естественно, что прямые доказательства существования жизни на этой планете и тем более исследование ее особенностей станут возможны при непосредственном контакте с предметом изучения.

Последнее время пристальное внимание привлекает исследование состава углеродистых метеоритов. Большая их часть оказалась растворимой в органических растворителях и содержит высокий процент углерода и кислорода. После масс-спектрографического анализа углеродистого вещества Оргейльского метеорита удалось выявить углеводороды, близкие к животным продуктам, и было высказано предположение о существовании внеземных биогенных процессов. Имеются указания на обнаружение органических соединений и микроскопических организмов внеземного происхождения в толще так называемого Муррейского метеорита.

При оценке подобных находок следует проявить сдержанность и осторожность. Вместе с тем они заслуживают самого пристального внимания.

Новые возможности в этом направлении открывают успехи космонавтики, перспектива создания космических научных станций, В первую очередь, очевидно, предстоит выяснить, есть ли в космическом пространстве простейшие формы жизни, элементарные биохимические процессы и субстраты как близкие к тем, с которыми мы встречаемся на Земле, так и отличающиеся от них.

До сих пор были лишь гипотетические высказывания, среди которых наибольшей популярностью пользовалась теория панспермии Сванте Аррениуса. Довольно веские возражения против нее основаны на повреждающем действии радиации и отсутствии очевидного природного механизма, который помог бы спорам преодолеть гравитационные силы.

Вместе с тем результаты изучений позволяют считать, что некоторые устойчивые споровые формы микроорганизмов могут существовать в космическом пространстве и сохранять жизнедеятельность, переносясь с одного небесного тела на другое, в составе, например, метеорных частиц.

Внеземные микроорганизмы могли адаптироваться к необычным условиям свободного пространства за счет выработки защитных приспособлений, изменения форм взаимодействия с окружающей средой. В связи с этим представляет интерес изучение возможности существования земных форм жизни и путей их адаптации к условиям других планет. Имеются экспериментальные доказательства того, что некоторые анаэробные и условно анаэробные микроорганизмы в состоянии приспособиться, например, к условиям, которые, как полагают, существуют на Марсе. Весьма интересным было бы исследование, в какой мере эти условии переносятся некоторыми растениями, в частности лишайниками и мхами.

Таким образом, можно предположить, что в космическом пространстве не обязательно должны гибнуть простейшие представители органического мира Земли, тем более разрушаться органические вещества. Возникает задача исключительной теоретической и практической важности: предотвращение бесконтрольного заноса земных форм жизни и органического материала на другие небесные тела, а также заноса необычных форм жизни на Землю.

Заманчива для биологов перспектива сопоставления обнаруживаемых в мировом пространстве форм жизни или биогенных продуктов с земными. Такое сопоставление позволит выяснить характер возникновения и развития жизни во Вселенной, подтвердить единство законов развития живой материи.

Нетрудно видеть, что развитие космической биологии послужит не только целям межпланетных путешествий и освоению человеком космоса. В перспективе она будет способствовать построению наиболее общих концепций биологии, касающихся проблемы жизни вообще, и решению на этой основе важных практических задач.

Когда мы обращаемся к космическому пространству, к небесным телам, нам представляется неисчерпаемая, ни с чем не сравнимая возможность будущего использования энергетических ресурсов Вселенной. В какой мере может оказаться целесообразным использование недр небесных тел или органических форм материи для нужд Земли или ее будущих поселений на планетах, сейчас сказать трудно. Эти задачи на повестке дня.

Результатом их решения будет раскрытие новых тайн природы, усиление власти человека над ней, прогресс цивилизации, счастье будущих поколений.