Глава 28 Космическая биология
Возникновение космической биологии.
Рождение космической биологии и медицины можно условно отнести к концу 1957 г., когда вслед за первым искусственным спутником Земли (ИСЗ) в СССР был осуществлен запуск второго ИСЗ (3 ноября), на борту которого находилась собака Лайка. В этом полете были получены исключительно важные физиологические данные, свидетельствовавшие о возможности сохранения жизни высокоорганизованных животных в полетах на ракетных космических летательных аппаратах. Однако становление космической биологии и медицины должно быть отнесено к несколько более раннему периоду, а именно к началу 50-х годов, когда в СССР и США стали систематически проводить запуски в верхние слои атмосферы баллистических ракет с млекопитающими — собаками, обезьянами, белыми крысами.
Датируя возникновение космической биологии и медицины серединой XX в., не следует забывать, что идейные истоки этих наук восходят к далекому прошлому.
Как и в истории большинства наук, первые истоки биоастронавтики, вероятно, могут быть отнесены к трудам философов Древней Греции и даже к более раннему периоду, о чем свидетельствуют некоторые легенды и религиозные сказания Древнего Египта.
Греческие философы Анаксагор и Демокрит высказывали идею о распространении жизни, в том числе и разумной, вне Земли и о наличии во Вселенной множества обитаемых небесных тел. Эта идея была в дальнейшем развита в трудах многих выдающихся естествоиспытателей, математиков и философов. Ее сторонниками были Н. Кузанский, Джордано Бруно, Г. Галилей, В. Гершель, К. Гаусс и многие другие.
Известно, что Галилей, Гаусс, а позднее К.Э. Циолковский пытались даже решить вопрос о средствах связи с внеземными цивилизациями.
Принципиально новый этап в развитии астронавтики начался с конца XIX в когда возникла идея о возможности осуществления полетов человека в космическое пространство. Речь идет не о фантастических проектах космических летательных аппаратов, которые периодически появлялись в XVIII и XIX вв., а о конкретных попытках разработать принцип летательных аппаратов нового типа, способных совершать межпланетные полеты.
Впервые такие работы были выполнены в России Н.И. Кибальчичем (1881) и более фундаментально — К.Э. Циолковским (1903); позднее Р. Годдартом, Р. Эсно-Пельтри и Г. Обертом.
Труды К.Э. Циолковского.
Для истории биоастронавтики большое значение имеют широко известные труды одного из основоположников научной астронавтики — К.Э. Циолковского. В них содержатся также результаты его исследований по биоастронавтике, которым Циолковский придавал большое значение.
Уже в самый ранний период творчества (1876–1880) Циолковский достаточно ясно сознавал, что помимо технических проблем, связанных с созданием и эксплуатацией космических летательных аппаратов необходимо будет решать и многочисленные вопросы, касающиеся влияния полетов на организм растений, животных и человека. Ему было понятно, что при ускорениях, необходимых для преодоления земного притяжения и выхода летательного аппарата в космос, все живые объекты, находящиеся на его борту, неизбежно подвергнутся воздействию перегрузок. Не окажут ли они пагубное влияние на живой организм, не будет ли это препятствием для проникновения людей в мировое пространство? — вот первая проблема биоастронавтики, которая привлекла к себе внимание молодого Циолковского.
Циолковский считал, что ответ на вопрос о влиянии ускорений на организм животных и человека можно получить только после проведения экспериментов. В связи с этим в 1876–1878 гг. он ставил опыты, в которых исследовал влияние центробежной силы на организм животных и насекомых. В автобиографических заметках Циолковский замечает об этих экспериментах: «Я стал делать опыты с цыплятами. На центробежной машине я усиливал их вес в 5 раз, ни малейшего вреда они не получили, такие же опыты еще раньше я проводил в Вятке с насекомыми»[238]. Он считал, что можно одновременно испытывать и различные средства защиты. В дальнейшем Циолковский неоднократно возвращался к обсуждению этого вопроса, сознавая, что его эксперименты — только начало на пути к решению этой важной проблемы. Он был также убежден в необходимости проведения подобных исследований и с людьми.
Циолковский выдвинул идею «о предохранении слабых вещей и организмов от ударов и толчков и усиленной тяжести посредством погружения их в жидкость равной им плотности»[239], проявив глубокое понимание биологических проблем. Для доказательства правильности этой идеи он провел простой, но весьма убедительный эксперимент с погружением куриного яйца в жидкость со средней плотностью яйца. При сильных ударах по сосуду яйцо не разбивалось. В дальнейшем эта идея была развита Циолковским в повести «Вне Земли» (1918). Для защиты от действия повышенных ускорений герои повести при взлете ракеты и возвращении ее на Землю погружаются в специальные камеры наполненные жидкостью, плотность которой близка к плотности человеческого тела. Дышат они через трубки, выходящие в газовую среду ракеты.
Еще при жизни Циолковского, в 1931 г., группа советских ученых — инженер Н.А. Рынин в содружестве с врачами А.Н. Лихачевым, A.A. Сергеевым, В.А. Карасиком и другими — провела цикл экспериментов, позволивших установить, что погружение в воду подопытных животных существенно повышает их устойчивость к действию ускорений. Например, при действии кратковременных (ударных) ускорений лягушки могли переносить без видимых повреждений тысячекратное увеличение своего веса. В дальнейшем аналогичные эксперименты проводились в США (X. Джаспер с сотрудниками, 1956; А. Хольт с сотрудниками, 1956; Р. Маргариа, 1963).
Рассматривая вопрос о границах повышения устойчивости к действию ускорения при погружении в жидкость, Циолковский отмечал, что они определяются неодинаковой плотностью разных тканей организма и их разным удельным весом. Например, плотность костной ткани позвоночных относительно высока, тогда как легочная ткань, заполненная воздухом, имеет небольшую плотность. По этой причине во время вдоха при погружении в воду, устойчивость животных к действию ускорений снижается, так как при этом возникают повреждения легких.
Большое внимание уделял Циолковский вопросу о влиянии невесомости на живые организмы, отчетливо понимая, что успешное изучение этой проблемы связано с возможностью моделирования условий невесомости в эксперименте. Его заслугой является первое научно обоснованное описание различных способов получения состояния невесомости.
Реальное состояние кратковременно пониженной весомости и даже полной невесомости, по мнению Циолковского, наблюдается при свободном падении специальных камер. Для получения более длительного состояния невесомости в наземных условиях Циолковский предложил использовать специальное устройство, представляющее собой U-образную трубу большого диаметра: внутри трубы по рельсовому пути движется тележка; сначала она как бы «падает» вниз, далее по инерции поднимается вверх и затем снова падает. При этом периодически возникает состояние невесомости. Идеи Циолковского были впоследствии использованы советскими и зарубежными исследователями.
Через 62 года после выхода в свет книги Циолковского «Грезы о земле и небе» (1895), в которой приводилось описание устройства для получения невесомости в наземных условиях, американский исследователь У. Уолтон (1957) предложил использовать с этой целью специальное устройство, названное им «гравитроном». Принцип работы «гравитрона» заключается в том, что невесомость возникает при свободном падении кабины в подковообразной трубе высотой 240 м., из которой для исключения трения выкачан воздух. Фактически это модернизация проекта Циолковского.
Для имитации состояния невесомости и тренировки к нему космонавтов Циолковский предлагал также использовать погружение в жидкость, что лишь в некоторой степени воспроизводило состояние невесомости. В этом случае отолитовый аппарат будет продолжать функционировать, внутренние органы также сохранят свой вес. Если же человек станет двигаться, вода будет оказывать соответствующее сопротивление. Эта идея Циолковского также получила конкретизацию в работах советских и некоторых зарубежных исследователей, которые изучали реакцию животных и человека при длительном (10–14 дней) пребывании в воде. В частности, советские исследователи (В.И. Слесарев и сотрудники, 1962; И.Д. Пестов и др., 1972) успешно использовали опыты с погружением в жидкость для воспроизведения некоторых изменений в состоянии кровообращения, которые возникают при невесомости. Ими было выявлено снижение ортостатической устойчивости у некоторых практически здоровых людей после многочасового нахождения в таких условиях. В целях более полного моделирования физиологического влияния невесомости при погружении испытуемых в жидкость американский физиолог Л. Найт (1958) для исключения информации, поступающей от отолитового аппарата, придавал определенное положение голове испытуемых, стремясь получить как бы эффект «слепого пятна», известный из физиологической оптики. При этом обследуемые, ранее испытавшие влияние невесомости в условиях полета, указывали на возникновение у них ощущений, сходных с теми, которые они испытывали в состоянии невесомости. Погружение в жидкость было использовано американскими исследователями и для тренировки космонавтов, в частности, Ю. Сернана. Таким образом, идея Циолковского о моделировании некоторых биологических эффектов невесомости посредством погружения в жидкость получила признание и развитие.
Константин Эдуардович Циолковский. 1857–1935.
Примечательно, что Циолковский впервые обратил внимание на крайнюю затруднительность произвольных движений в условиях невесомости и рассмотрел различные средства преодоления этого затруднения. Так он предложил использовать для перемещения маленькие реактивные двигатели. Эта идея уже осуществлена: американский космонавт Э. Уайт (1968)в полете на корабле «Джемини-4» покинул кабину и некоторое время перемещался в открытом космосе, используя реактивную силу воздушной струи специального «пистолета».
Для преодоления ряда неудобств, связанных с невесомостью, Циолковский (1895) впервые предложил создание искусственной силы тяжести посредством вращения космического корабля. Согласно его идее центробежная сила, действующая на космонавта, должна быть во много раз меньше силы земного тяготения. Идею создания искусственной тяжести для обеспечения благоприятных условий жизни человека во время полета в космос позднее развивали в своих работах французские и американские исследователи (Р. Эсно-Пельтри, 1912; Н. Дейш, 1921).
Мечтая о завоевании мирового пространства, Циолковский выдвинул задачу создания искусственного спутника Земли, заселенного людьми. Он считал, что помещение, в котором будут находиться люди, должно представлять собой герметически замкнутое пространство с искусственной газовой атмосферой и с достаточно высоким барометрическим давлением. При этом он ясно сознавал, что осуществление такого проекта помимо технических трудностей связано с необходимостью решения ряда биологических и санитарных проблем. При относительно кратковременных полетах в космос, например на Луну, космонавты, по мнению Циолковского, смогут пользоваться запасами кислорода, взятыми с Земли, а углекислоту, вредную для организма, удалять из атмосферы кабины при помощи поглощающих ее химических веществ, например щелочей. Таким образом, Циолковскому принадлежит идея использования в герметических кабинах при кратковременных космических полетах регенерационных установок для обеспечения необходимых условий жизнедеятельности.
Для длительных полетов в космос Циолковский предложил создавать на космических кораблях искусственную атмосферу, для чего отводить определенную площадь под оранжерею с растениями. Он писал: «Как земная атмосфера очищается растениями при помощи солнца, так может возобновляться и наша искусственная. Она должна будет, так же как и земная, поддерживать круговорот необходимых для жизни человека веществ кислорода и воды и очищать воздух от углекислого газа»[240]. Чтобы осуществить эту идею, он предлагал провести специальные эксперименты, в которых можно определить наименьшую поверхность, освещаемую солнечными лучами и достаточную для обеспечения дыхания и питания человека, и подобрать годные для этой цели растения.
Первая экспериментальная попытка реализовать эту мысль Циолковского применительно к условиям полета принадлежит советскому конструктору и одному из пионеров астронавтики — Ф.А. Цандеру (1912). В качестве искусственной среды для выращивания высших растений он использовал древесный уголь (наиболее легкая почва), в который периодически поступали продукты жизнедеятельности человека. Эта идея сейчас широко обсуждается биологами. Начаты конкретные экспериментальные исследования по подбору растений, выделяющих в больших количествах кислород и поглощающих угольную кислоту, а также годных для питания. В последнее время внимание привлечено, в частности, к различным видам водорослей. Кроме того, в такие системы жизнеобеспечения человека в качестве источников питания предполагается включить высшие растения и различных животных — моллюсков, рыб, птиц, а может быть, и млекопитающих.
Таким образом, Циолковский первый высказал мысль о необходимости использования замкнутых экологических систем для обеспечения жизни человека во время длительных космических полетов и в случае создания постоянных поселений в космическом пространстве.
Проблемы современной биоастронавтики.
На современном этапе развития космическая биология может рассматриваться как самостоятельный раздел биологии, изучающий три основные проблемы:
1. Особенности жизнедеятельности и поведения земных организмов в полетах на ракетных аппаратах, составляющие предмет космической физиологии. Поскольку это научное направление изучает физиологические реакции организма в условиях новой среды обитания, некоторые авторы (О.Г. Газенко) используют термин экофизиология.
2. Биологические принципы и методы построения искусственной среды обитания в космических кораблях и станциях (экология замкнутых систем).
3. Наличие, распространение, особенности и эволюция живой материи во Вселенной (экзобиология).
Эти научные направления служат теоретической и экспериментальной основой космической медицины, главную задачу которой составляют сохранение здоровья и обеспечение работоспособности космонавтов.
Экофизиология.
В настоящее время в космической биологии и медицине преобладает экологическое направление. Внимание многих исследователей сосредоточено на изучении влияния различных факторов полета на жизнедеятельность живых организмов и, особенно, на работоспособность и состояние здоровья человека. Значительные усилия направлены также на всестороннее изучение космического пространства и небесных тел как своеобразной среды обитания.
В становлении космической биологии и космической медицины большую роль сыграли многие естественные науки. Для развития экофизиологии существенное значение имел опыт, накопленный авиационной медициной и физиологией. Он послужил основой успешного развития исследований, направленных на обеспечение безопасности высотных полетов, и сыграл положительную роль в изучении влияния на организм животных и человека динамических факторов космических полетов — ускорений, вибрации и шумов. Важной задачей стало вскрытие общих закономерностей в реакциях живых организмов на действие динамических факторов и определение границ переносимости, в которых организмы способны приспосабливаться к их действию.
Экофизиологические исследования на животных.
Успехи космической биологии имели чрезвычайно большое значение для развития космической медицины, для подготовки и осуществления первых полетов человека в космос. Планомерное и последовательное проведение в СССР и в США программы биологических исследований на ракетах и космических кораблях, решение в этих полетах многих практически важных вопросов определили возможность постепенного перехода к новому этапу развития космонавтики — к пилотируемым полетам и непосредственному проникновению человека в космическое пространство.
Кабина, в которой совершила полет Лайка.
Многочисленные эксперименты на геофизических ракетах позволили изучить реакции животных, возникающие при суборбитальных полетах (В.И. Яздовский и др., 1951–1957). Было выяснено, что изменения в деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем у животных связаны главным образом с перегрузками на активном участке полета и при спуске ракеты на Землю. Степень этих изменений стоит, как правило, в прямой зависимости от величины перегрузок.
Изучение действия на организм невесомости затрудняли в этих полетах маскирующие эффекты перегрузок. В некоторых случаях все же удавалось заметить замедление нормализации функций организма при переходе от повышенной гравитации к невесомости. Этот факт был впервые четко обнаружен при полете собаки Лайки на втором искусственном спутнике Земли. Данные физиологических исследований в этом опыте позволили сделать заключение, что относительно длительное пребывание высокоразвитого живого организма в условиях невесомости не приводит к существенным изменениям функционального состояния важнейших систем организма.
Исключительное значение для последующего развития космической медицины имели биологические исследования на космических кораблях-спутниках, проведенные в СССР и США в 1960–1961 гг. В них благодаря телеметрической регистрации физиологических функций у собак (СССР) и у приматов (США) оказалось возможным изучить влияние условий орбитального полета не только в период самого полета, но и в течение длительного периода после его завершения. Включение в эти опыты в СССР большого числа разнообразных биологических объектов позволило исследовать также генетические эффекты полетов.
Биологические исследования были продолжены и в пилотируемых полетах. Так, во время полетов кораблей «Восток-3», «Восток-4», «Восток-5», «Восток-6», «Восход», «Восход-2» было продолжено изучение влияния полета на лизогенные бактерии, нормальные и раковые клетки человека, одноклеточные водоросли и другие объекты. В дальнейшем биологические исследования проводились в СССР на кораблях «Зонд-5», «Зонд-6», совершивших облет Луны, на «Космос-605» и на «Космос-690».
Влияние ускорений.
Начальные сведения о влиянии радиальных ускорений-перегрузок, длительно (свыше 3 сек.) действующих на организм человека, относятся к концу XVIII в. В работе «Зоономия» (1794) Э. Дарвин впервые привел чертеж центробежной машины и указал, что вращение на ней приводит к изменениям кровообращения. В начале XIX в. в лечебнице Шаритэ (Берлин) вращение на центробежной машине использовалось для лечения душевнобольных. В 1820 г. чешский биолог Ян Пуркине провел экспериментальную работу на животных для изучения физиологического механизма действия ускорения. Он отметил, что при вращениях, в случаях, когда вектор перегрузки совпадает с направлением продольной оси тела, у животных возникают резкие изменения мозгового кровообращения. В дальнейшем ведущее значение мозгового кровообращения в механизме повреждающего действия ускорений было показано физиологом В.В. Пашутиным (1881) и врачом Н.О. Цыбульским (1895) в лаборатории В.М. Бехтерева.
Существенное значение для проблемы в целом имели исследования А. Ноэнса и Дж. Йонгбледа (1932–1933), У. Фишера (1937) и X. Диринсгофена (1933), в которых были предприняты попытки оценить изменения гемодинамики количественно, в частности, в случае положительных ускорений, когда перегрузка направлена от головы к тазу. На основании этих работ и некоторых исследований по физиологии и патологии кровообращения Г.Ф. Лангом (1938), В.В. Стрельцовым (1938), Д.Е. Розенблюмом (1939), А.А. Сергеевым (1944) в СССР, Г. Шубертом (1931) в Австрии, О. Гауэром и X. Диринсгофеном (1934) в Германии была развита концепция о преимущественно гемодинамическом механизме повреждающего действия радиальных ускорений. В работах Ланга (1938) и Стрельцова (1938–1947) было отмечено, что адаптация к действию положительных ускорений связана с механизмами регуляции кровообращения, которые в нормальных условиях определяют ортостатическую устойчивость. Влияние положительных радиальных ускорений может, таким образом, рассматриваться как своеобразная усиленная ортостатическая нагрузка.
За последние 10–15 лет в исследованиях на центрифуге собран весьма существенный фактический материал об устойчивости животных и человека к действию разнонаправленных ускорений. Выявлено влияние различных факторов (гипоксии, гиподинамии, вдыхания газовых смесей, обогащенных CO2, фармакологических препаратов) на устойчивость к действию ускорений и — что особенно важно — вскрыты физиологические механизмы, определяющие развитие патологических симптомов (расстройств зрения — серой и черной пелены, брадикардии, нарушений дыхания и др.), лимитирующих переносимость положительных радиальных ускорений.
Для решения вопроса о режиме взлета и посадки ракетных летательных аппаратов были проведены многочисленные экспериментальные исследования, в которых изучалось влияние на организм животных и человека радиальных ускорений, действующих в направлении, перпендикулярном к продольной оси тела. Были получены данные, характеризующие реакцию дыхания, сердечно-сосудистой и центральной нервной системы, и установлены изменения в этих системах, ограничивающие переносимость «поперечных» ускорений (П.В. Васильев, А.Р. Котовская, 1965; и др.).
Практически важным результатом этого направления исследований явилось обоснование рационального расположения в ракетных летательных аппаратах биологических объектов и человека. Так, был установлен угол наклона кресла, при котором устойчивость к ускорениям наиболее высока, показана целесообразность использования ложаменов — кресел с моделированной поверхностью, обеспечивающих максимально равномерное распределение перегрузки на всю поверхность тела. Экспериментально изучено также влияние кратковременных (менее 1 сек.), или ударных перегрузок на организм животных и человека. В результате таких работ инженерами в содружестве с врачами и биологами были разработаны катапультные установки и определены параметры допустимых величин перегрузок «приводнения» и «приземления» обитаемых космических кораблей. Эти работы пробудили большой интерес к изучению влияния механической энергии на живые организмы и способствовали развитию соответствующих разделов биофизики (С.А. Гозулов, Г.П. Миролюбов, 1969; и др.).
Влияние невесомости.
Биологические эксперименты на различных живых организмах позволили получить данные относительно влияния невесомости на различные функциональные системы (кровообращение, дыхание и другие), а также на поведение животных, в частности, на позные и двигательные реакции (Г. Генри и др., 1952; X. Бек, 1954; X. Штругхольд, 1956; О.Г. Газенко с соавторами, 1964; В.В. Парин, 1968).
В дальнейшем исследования на человеке в условиях кратковременного воспроизведения невесомости в полетах на самолетах позволили обнаружить различную индивидуальную устойчивость здоровых людей к действию этого фактора. Было установлено, что у некоторых испытуемых в период возникновения невесомости появляются иллюзии; они испытывают ощущение падения, вращения, неправильно оценивают свое положение в пространстве. Существенно, что у многих появляются вегетативные расстройства, тошнота и рвота — симптоматика, характерная для «морской болезни» (Л.А. Китаев-Смык, 1963; Е.М. Юганов, И.И. Касьян, 1966). Было изучено также функциональное состояние вестибулярного аппарата в условиях невесомости, выявлена роль различных анализаторов (зрительного, двигательного) и изменений межанализаторных взаимоотношений в расстройствах деятельности центральной нервной системы.
Определенные условия гравитации являются одним из наиболее постоянных факторов жизни на Земле. Давно известно большое значение гравитации в морфогенезе и формировании функциональных систем живых организмов, однако эта фундаментальная биологическая проблема экспериментально оставалась слабо изученной. Практика подготовки и: проведения космических полетов заставила биологов внимательнее подойти к оценке значения гравитационного поля как важной экологической константы. Интересные по своим результатам исследования влияния изменений гравитации на процессы жизнедеятельности и развития различных организмов явились началом нового научного направления — гравитационной биологии (А.А. Нейфах, 1962; П.А. Коржуев, 1963; О.Г. Газенко, А.А. Гюрджиан, 1967 и др.). Имеются все основания полагать, что дальнейшее развитие этого направления окажется полезным не только для развития космонавтики, но и внесет ценный вклад в общую биологию.
Проблема влияния на организм человека и животных длительного (многомесячного) пребывания в условиях невесомости, имеющая исключительно важное практическое значение для межпланетных полетов, далека еще от своего разрешения.
В исследованиях, проведенных на грызунах, находившихся в течение трех недель в условиях невесомости во время полета ИСЗ «Космос-605»- (1973), были получены данные, свидетельствующие о развитии атрофических процессов в скелетных мышцах; отмечено также снижение прочности костей конечностей (Е.И. Ильин и др., 1973; В.В. Португалов и др., 1973).
Ценные данные о физиологических эффектах относительно длительного действия невесомости на организм человека были получены во время 18-дневного полета А.Г. Николаева и В.И. Севастьянова в космическом корабле «Союз-9». Сенсорно-моторная координация у космонавтов была несколько нарушена в первые 3–4 суток полета. Об этом можно было судить по тому, что при свободном плавании с закрытыми глазами оба космонавта утрачивали представление о положении своего тепа по отношению к координатам кабины. Несмотря на то, что после 12–13 суток полета космонавты стали отмечать симптомы усталости, они успешно выполнили всю программу. Первое время после возвращения на Землю сохранение вертикального положения требовало известных усилий. Космонавты отмечали кажущееся увеличение веса тела. По интенсивности это ощущение было примерно равным тому, которое возникает при перегрузке в 2,0–2,5 единицы. Вес предметов также казался космонавтам заметно увеличенным. Иллюзия увеличения веса, постепенно ослабевая, сохранялась около трех суток. У обоих космонавтов в первый период последействия отмечались заметные изменения функционального состояния сердечно-сосудистой системы: пульс в покое достигал 120 в минуту, размеры сердца по данным рентгенографии были уменьшены, ортостатическая устойчивость снижена. Были также отмечены изменения в опорно-двигательном аппарате — мышечная атрофия, снижение оптической плотности костей и функциональные сдвиги в центральной нервной системе, осуществляющей регуляцию позы и движений[241].
Физиологические исследования и медицинские наблюдения, полученные во время и после полета корабля «Союз-9», свидетельствуют о принципиальной возможности существования человека в космосе в условиях невесомости в течение 18 суток и сохранении им умственной и физической работоспособности. Вместе с тем получены важные данные, свидетельствующие о том, что реадаптация к привычным условиям земной жизни характеризуется длительной перестройкой приспособительных механизмов организма. Последнее обстоятельство имеет большое практическое значение, так как указывает на необходимость разработки специальных средств профилактики неблагоприятных сдвигов функционального состояния организма в периоде последействия (О.Г. Газенко, П.В. Васильев, 1970). Повышение в дальнейшем эффективности профилактических мероприятий, в частности включение специальных тренажеров (А.В. Еремин, В.И. Степанцов и др., 1972), позволяющих воспроизводить во время полета различные формы мышечной деятельности (ходьба, бег и т. п.), позволили в полетах на космических станциях значительно увеличить время пребывания космонавтов в условиях невесомости без проявления у них выраженных симптомов астенизации (до трех месяцев — «Скайлэб-3»).
Влияние гиподинамии.
В последнее время в связи с длительным пребыванием космонавтов во время полета в кабинах малого объема, неизбежно ограничивающих движения, серьезное внимание привлекла к себе проблема снижения двигательной активности. По характеру физиологического влияния на организм подобное состояние близко к влиянию невесомости и в длительных полетах, вероятно, будет усугублять ее отрицательное действие. При экспериментальном изучении влияния гиподинамии на организм животных и человека (длительное, до 100 суток, пребывание в условиях строгого постельного режима) были обнаружены существенные сдвиги в энергетическом, белковом и водно-солевом обмене (нарушение азотистого, кальциевого, фосфорного балансов); отмечены снижение функциональных возможностей сердечно-сосудистой системы и выраженные нарушения регуляции двигательных актов с явлениями мышечной слабости, обусловленной атрофическими процессами (А.М. Генин, А.Д. Воскресенский и др., 1968–1973; И.Д. Пестов, И.С. Балаховский, 1968–1973 и др.).
Изучение гиподинамических состояний позволило значительно расширить представления о биологической роли двигательной активности. Экспериментальные данные ярко показали значение физиологической нагрузки для сохранения функциональной способности и морфологической структуры органа. Действительно, морфологические исследования на животных, перенесших состояние гиподинамии, выявили возникновение у них закономерных нарушений различных структурных элементов поперечнополосатых мышц (В.В. Португалов и др., 1969).
Анализ причин, определяющих возникновение в результате гиподинамии функциональных расстройств регуляции кровообращения, дыхания и других функций, привел к мысли о том, что в таких ситуациях для организма крайне невыгодно находиться в условиях сверхстабильной внешней среды. В связи с этим впервые было подвергнуто критическому обсуждению известное положение К. Бернара о том, что постоянство внутренней среды — непременное условие свободной жизни. Стало очевидным, что определенный диапазон колебания многих параметров внутренней среды совершенно необходим для организма. Отсутствие таких колебаний приводит к постепенному ослаблению адаптационных механизмов, играющих существенную роль в регуляции кровообращения, дыхания, поддержании мышечного тонуса и т. п. В связи с этим некоторые исследователи стали рекомендовать для длительных полетов помимо специальных комплексов мышечных упражнений использовать в герметических кабинах активную газовую среду, стимулирующую деятельность приспособительных механизмов. Такая среда должна, по мнению большинства исследователей, характеризоваться несколько пониженным парциальным давлением кислорода или же сочетанием пониженного парциального давления кислорода с несколько повышенным парциальным давлением углекислого газа (В.Б. Малкин, О.Г. Газенко, 1969).
Влияние высотных факторов и принципы формирования искусственной газовой среды в кабине.
В круг задач экофизиологии входит также разработка различных систем, обеспечивающих стабильное поддержание заданных условий микроклимата в кабинах космических аппаратов. При этом важно определить границы допустимых колебаний таких параметров среды, как барометрическое давление, газовый состав, влажность и температура. Эти вопросы давно и успешно разрабатываются в тесной связи с прогрессом авиационной и ракетной техники.
Проблема рационального построения искусственной атмосферы в обитаемых космических кораблях привела к необходимости критической оценки некоторых фундаментальных вопросов биологии. Была поставлена прежде всего под вопрос целесообразность копирования в герметических кабинах основных параметров нормальной земной атмосферы (барометрическое давление 760 мм рт. ст.; О2 — 21 % и т. п.) (Е. Рот, 1968; О.Г. Газенко, А.М. Генин, В.Б. Малкин, 1968; и др.).
Большинство исследователей пришли к заключению, что искусственную атмосферу в зависимости от задач полета следует формировать по-разному. Общим в построении различных рецептов газового состава искусственной атмосферы является то, что парциальное давление кислорода (рО2) во избежание развития выраженного гипоксического состояния не должно быть ниже определенного уровня (120 мм рт. ст. при нормальном давлении в кабине) и в то же время не должно превышать уровень, при котором может проявиться токсическое действие кислорода (300–320 мм рт. ст.) (А.М. Генин, 1969–1971; А.Г. Жиропкин, 1956; Б. Велч, 1963). Следует отметить, что определение нижней границы рО2 во вдыхаемом воздухе основано на классических исследованиях П. Бера (1878), И.М. Сеченова (1880), Дж. С. Холдейна (1905) и работах специалистов в области авиационной физиологии (В.В. Стрельцов, 1935–1947; А.П. Аполлонов, 1940; X. Штрухгольд, 1944; Д.И. Иванов, 1949; Э. Опиц, 1944; Г. Армстронг, 1952; и др.), которые на основании теоретических расчетов и обширных экспериментов, проведенных на различных высотах в барокамере, установили допустимые величины рО2 во вдыхаемом воздухе. Результаты этих работ в дальнейшем были использованы для создания различных вариантов искусственной газовой атмосферы в кабинах летательных аппаратов. Практически важным итогом работ в этом направлении явились обоснование и разработка средств и методов, обеспечивающих возможность полета на больших высотах с использованием специального снаряжения — кислородно-дыхательной аппаратуры, высотных костюмов и скафандров (Дж. С. Холдейн, 1936; В.А. Спасский, 1941; А. Джонстон, 1957; А.Г. Кузнецов, 1959; Л.Г. Головкин, 1960–1972; С.Г. Жаров, 1963; И.Н. Черняков, 1965–1973).
Большая практическая значимость для космической биологии и медицины проблемы гипоксии (кислородного голодания) являлась причиной углубленного изучения различной тяжести гипоксических состояний, возникающих в результате повреждающего воздействия экстремальных факторов среды — высоты, ускорения, повышенной температуры и др. В результате удалось разработать ряд рекомендаций по профилактике развития гипоксического состояния и для его своевременного обнаружения. Были предложены также мероприятия и средства, способствующие повышению устойчивости человека к кислородной недостаточности.
Влияние ионизирующего излучения.
Опасность поражающего действия космической радиации составляет, пожалуй, одну из главных трудностей на пути освоения мирового пространства.
Проблема обеспечения радиационной безопасности космических полетов прежде всего требует достаточно точной физической индикации предстоящих трасс полета. Действие различных видов космической радиации хорошо изучено на животных в лабораторных условиях, что облегчает оценку и интерпретацию данных физических исследований, а во многих случаях, по-видимому, освобождает от проведения биологической индикации планируемых полетов. Следует, однако, заметить, что в радиологическом отношении космическое пространство неоднородно; интенсивность радиации может сильно изменяться во времени и пространство, особенно в период солнечных вспышек.
Первые попытки оценить радиационную обстановку в космосе сделали в 1934 г. Н.К. Кольцов, Г. Мёллер, Г.А. Надсон и другие при подъемах животных на воздушных шарах в верхние слои атмосферы. Однако к систематическому изучению этой проблемы удалось приступить лишь в 1957 г., когда было положено начало биологическим экспериментам на искусственных спутниках Земли.
Повреждающее действие ионизирующих излучений на генетический аппарат определило необходимость проведения генетических исследований организмов, запускаемых на большие высоты. В СССР они проводились начиная с 1960 г. весьма интенсивно и на большом числе биологических объектов (различные виды растений, микроорганизмов, насекомых, а также позвоночных; при этом использовались как интактные животные, так и культуры тканей). Исследования Н.П. Дубинина с сотрудниками (1960–1968; лауреат Ленинской премии, 1966) показали, что условия космического полета могут вызвать относительно небольшие наследственные изменения у отдельных организмов, оказать влияние на их развитие и размножение (насекомые, лучистые грибки, семена и проростки некоторых растений). Пока не представляется возможным точно связать эти изменения с космической радиацией или с каким-либо другим определенным фактором полета. Оказалось, что сходные результаты можно получить, действуя на подопытные объекты перегрузками или вибрациями, так что существует мнение, что наследственные изменения, по-видимому, возникают в результате комплексного воздействия различных факторов полета (Г.П. Парфенов, Я.Л. Глембоцкий, 1962).
Ряд важных проблем, касающихся относительной биологической эффективности отдельных компонентов космического излучения, средств профилактики и защиты от проникающей радиации, составляет предмет изучения космической радиобиологии.
Специального внимания требует изучение биологического действия тяжелых частиц — ядер с высоким атомным весом, обладающих исключительно большой энергией. Это единственный вид ионизирующего излучения, который до сих пор не воспроизведен в лабораторных условиях. На основании некоторых теоретических соображений и физических экспериментов (в частности, экспонирования на космических ракетах специальных индикаторов и моделей) показано, что, несмотря на практическое отсутствие средств защиты от этого вида космической радиации, вероятность его повреждающего действия относительно невелика. Это обусловлено двумя причинами: небольшой величиной (1 %), которая приходится на этот вид радиации, и тем, что ее действие приводит к тотальному разрушению относительно небольшое число клеток организма. Последнее обстоятельство выявило необходимость сравнительной оценки роли различных клеточных образований центральной нервной системы, проводящей системы сердца и других для жизнедеятельности организма.
Экология замкнутых систем.
Жизнеобеспечение космонавтов в длительных полетах, по-видимому, возможно лишь при условии создания замкнутого кругооборота веществ в кабине корабля, при котором необходимые продукты питания, вода и кислород образовывались бы за счет полной переработки продуктов жизнедеятельности. В принципе осуществить практически полностью замкнутый кругооборот веществ, вероятно, возможно на физико-химической основе; более реальным считается, однако, использование для этой цели биологических процессов, т. е. создание замкнутых экологических систем.
Теоретической базой научной разработки закрытых биологических систем служат данные комплекса биологических наук и, прежде всего, общей экологии (точнее, биогеоценологии). Создание микробиосферы космического корабля требует учета огромного числа данных, которые не могут быть получены при исследовании конкретных земных биоценозов. В равной мере это относится и к некоторым более частным вопросам физиологии растений, животных и человека. Дело в том, что многие проблемы, имеющие большое значение для создания закрытой системы кругооборота веществ, до недавнего времени не изучались, поскольку наука, направляемая запросами земной практики, имела дело с организмами, их популяциями и ценозами как открытыми системами.
В настоящее время решение задачи создания искусственных закрытых биоценозов ведется по трем основным направлениям: поиск и оценка биологических и физиологических характеристик таких растений и животных, которые позволяли бы в небольшом объеме кабин космических кораблей создать достаточно надежную и высокопродуктивную экологическую систему; исследование комплекса факторов среды обитания, обеспечивающих оптимальную продуктивность и устойчивость популяций; моделирование экспериментальных биоценозов и исследование их функциональных характеристик.
Исследования в рамках первых двух направлений уже ведутся. Что касается третьего направления — непосредственного моделирования закрытых биологических систем, по которому какой бы то ни было опыт отсутствует, то оно по существу находится еще в стадии разработки ого элементов. Имеющиеся по этому поводу теоретические предпосылки, основанные на изучении открытых земных биоценозов, слишком общи и недостаточны для решения столь конкретной и качественно своеобразной задачи. Все это значительно обличает условия работы по экспериментальной экологии закрытых систем от исследований в других областях биологии.
В настоящее время идея создания замкнутого цикла круговорота веществ стала предметом не только экспериментальных исследований, но и конструкторских разработок, ведущихся на основе экспериментально-экологических и биотехнологических исследований. Историю развития этой области космической биологии можно проследить на примере разработки биотехнологии культивирования одноклеточных водорослей — одного из возможных компонентов закрытых экологических систем. Изучение культуры одноклеточных водорослей для практического использования в системах регенерации воздуха проводится в СССР Н.С. Гаевской, В.В. Пиневичем, В.А. Чесноковым, Н.Н. Верзилиным, Г.Г. Винбергом; в США — X. Спеером, Г. Бурлоу, Н. Боуменом, Г. Майерсом; в Японии — X. Тамией и X. Накамурой.
Первые эксперименты по обеспечению газообмена животных за счет фотосинтеза хлореллы были проведены в США в 1957–1960 гг. Е. Баумом, Р. Гаффордом, К. Крафтом и др. Первые попытки обеспечения кислородом человека за счет фотосинтеза хлореллы в замкнутых системах были осуществлены в СССР в 1960–1961 гг. Е.Я. Шепелевым и Г.И. Мелешко с сотрудниками, затем в США X. Бови и другими. В 1967 г. в нашей стране И.И. Гительзону с сотрудниками удалось значительно увеличить продолжительность таких экспериментов (до 90 суток).
Уже первые опыты с обеспечением газообмена животных позволили сделать вывод о том, что успешное экспериментальное моделирование экологических систем требует возможно более точного знания материально-энергетических потребностей, условий функционирования и материальных выходов каждого элемента системы. Для получения этих данных были проведены комплексные исследования материального баланса хлореллы, культивируемой в фотосинтетических реакторах высокой производительности с замкнутым воздушным контуром (объемом). Были исследованы также условия для наиболее высокой продуктивности водорослей, что необходимо для разработки оптимальной конструкции фотосинтетических реакторов. Достигнутые успехи были во многом связаны с селекцией высокопродуктивных штаммов хлореллы, осуществленной в ЧССР Р. Праттом и в США К. Сорокиным. Большой цикл исследований, выяснивших особенности культивирования одноклеточных водорослей на продуктах жизнедеятельности человека, был проведен в Японии X. Накамурой и в СССР И.И. Гительзоном с сотрудниками. Одновременно было предпринято изучение вопросов автоматического регулирования в установках биологической регенерации воздуха (Е.А. Иванов, И.В.Александров, И.И. Гительзон). Результаты исследований показали практическую приемлемость и высокую эффективность одноклеточных водорослей в качестве одного из звеньев экологической системы космического корабля.
Обеспечение обитаемости кораблей за счет регенерации жизненно необходимых веществ позволяет считать их в известной степени закрытой системой, в которой человек становится одним из ее функциональных звеньев. В силу указанных обстоятельств особое значение приобретает изучение экологии человека как биологической дисциплины, предмет которой должен охватывать весь комплекс материально-энергетических отношений человека со средой обитания и формирующими ее звеньями, где свойства среды являются не только условием, но и функцией процессов жизнедеятельности организма человека. Отличительной особенностью экологии человека в условиях закрытых экологических систем является существенное расширение изучаемых ею связей человека с окружающей средой. Широкий экологический подход к оценке биологической приемлемости искусственной среды обитания человека, присущий отечественной космической биологии, неизбежно ведет к необходимости изучать и нормировать такие фундаментальные условия существования человека, которые никогда не были объектом гигиенического нормирования: интенсивность и состав оптического излучения Солнца, величины гравитации, газового состава искусственной атмосферы, продолжительность суточного ритма жизнедеятельности и др.
Следует также отметить, что многомесячное и многолетнее пребывание человека в космическом пространстве, помимо требования максимальной оптимизации среды, выдвигает необходимость постоянной или периодической имитации колебания некоторых параметров, характерных для условий земного существования и земного уровня реактивности организма, с целью возвращения физиологического состояния к исходному уровню к моменту возвращения космонавтов на Землю. Наличие комфорта должно сочетаться с необходимостью поддержания достаточно высокого уровня подвижности компенсаторных физиологических реакций организма путем сохранения значительной физиологической активности. Искусственная среда в этом случае должна играть активную, стимулирующую роль. Работа с замкнутыми системами открывает возможность проанализировать и заново пересмотреть общебиологическое значение и приемлемость традиционных земных условий среды и земных способов удовлетворения потребностей человека. Такому пересмотру могут быть подвергнуты газовый состав воздушной среды, питание, уровень физической и психической активности человека и даже такое наиболее фундаментальное условие существования и эволюционного развития всей живой природы на Земле, как земной уровень гравитации. От создания и совершенствования замкнутой экологической системы в значительной мере зависит освоение человеком планет Солнечной системы.
Экзобиология.
К основным проблемам экзобиологии относятся:
1. Теоретические исследования, направленные на установление возможности существования внеземных форм жизни; разработка методов поиска внеземных форм жизни, включая и средства обнаружения внеземных цивилизаций и способов общения с ними.
2. Изучение возможности переноса жизни на другие планеты: изучение влияния космического пространства, а также среды планет Солнечной системы на земные формы жизни, в первую очередь на микроорганизмы; выяснение предельных условий существования жизни.
Для того чтобы разработать рациональные методы и средства поиска внеземных форм жизни, необходимо достаточно четко представлять то, что следует искать. Перспектива поиска внеземных форм жизни, которая открылась в связи с успехом астронавтики, привела к необходимости пересмотра существующих определений жизни.
Определение понятия «жизнь» помимо биологов и химиков привлекло внимание математиков, физиков, астрофизиков, астрономов, кибернетиков и исследователей других специальностей. В работах советских ученых — математиков А.Н. Колмогорова (Ленинская премия, 1965), А.А. Ляпунова, астронома И.С. Шкловского, американских — биолога К. Гробстейна, астрофизика К. Сагана, астронома X. Шепли и других было прежде всего отмечено, что возможность реальной встречи с неземными формами жизни, имеющими принципиально иное устройство, вынуждает к разработке более общего определения жизни. Эти авторы особенно критиковали те определения, в которых дается конкретная химическая организация живой материи. Одновременно они отмечают первостепенную важность определения основных функциональных признаков жизни, указывая, что они должны быть обязательно связаны с «организованной структурой».
А.А. Ляпунов (1962) характеризует жизнь как высокоустойчивое состояние вещества, использующее для выработки сохраняющих реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул. Несколько иная трактовка жизни у К. Гробстейна (1965): «Жизнь — это макромолекулярная система, для которой характерна определенная иерархическая организация, а также способность к воспроизведению, обмен веществ и тщательно регулируемый поток энергии, — являет собой разрастающийся центр упорядоченности в менее упорядоченной Вселенной»[242]. Оценивая в историческом аспекте эти определения жизни, следует отметить их известную созвучность с определениями, данными в прошлом веке Ж. Кювье и К. Биша. Большое внимание вопросу о критериях жизни уделил немецкий физик Э. Шредингер, подчеркивавший роль организации как «антиэнтропической» системы. Существенный вклад в эту проблему внес также И. Пригожин, рассматривавший жизнь как открытую термодинамическую систему.
Эти, казалось бы, чисто теоретические представления о некоторых общих свойствах живой материи способствовали разработке за короткий срок (1961–1968) конкретных методов поиска внеземных форм жизни. В основе большинства из них лежит обнаружение энергетических проявлений жизни и продуктов метаболизма живых структур. Так, американские медики Ф. Хичкок и Д. Ловелок (1967) предложили считать признаком наличия жизни существование градиента свободной энергии между атмосферой и поверхностью планеты и с этой целью нагревать пробы грунта в собственной атмосфере планеты и в атмосфере инертных газов. При наличии градиента температура должна быть различной вследствие возможных реакций окисления или восстановления в пробе с атмосферой планеты. В этом случае неравновесное состояние атмосферы можно обнаружить, измеряя концентрацию активных составляющих и сравнивая их с ожидаемыми концентрациями для абиогенных процессов. Обнаружение таких соединений, как СН4, O2, СО, Н2O, может указывать на наличие жизни. Многие авторы предлагают для поиска внеземных форм жизни использовать одно из наиболее общих свойств живого вещества — оптическую активность (Е. Ботан, X. Ховнавиан, 1966; Д. Вестлей, 1966).
Стремление начать поиск внеземных форм жизни с планет Солнечной системы вполне оправданно. Достижение Луны пилотируемыми космическими кораблями «Аполлон-11» и «Аполлон-12» и советскими автоматическими станциями позволило осуществить забор проб грунта с поверхности этого небесного тела. Их исследование показало отсутствие в них каких-либо признаков, характерных для живых форм материи. Было установлено также, что введение в желудок легкой взвеси лунного грунта не вызывает у подопытных животных каких-либо неблагоприятных последствий.
Стремление астрономов (Дж. Скиапарелли, Б. Антониади, Г.А. Тихов и др.) решить вопрос о существовании жизни на некоторых планетах Солнечной системы, в частности на Марсе, путем астрономических наблюдений, наталкивалось на исключительные трудности, связанные с недостаточной разрешающей способностью оптических средств и, особенно, искажающим влиянием земной атмосферы. Тем не менее, в определенных областях Марса (так называемые моря) были обнаружены сезонные изменения поверхности в видимом диапазоне спектра, что некоторыми исследователями (Г.А. Тихов, Н.П. Барбашов, Д. Койпер, Г. Спенсер-Джонс и др.) связывалось с наличием растительных форм жизни. Многочисленные попытки обнаружить спектры поглощения, свойственные хлорофиллу, не увенчались успехом и поставили под сомнение растительную природу морей Марса. Однако один из наиболее убежденных сторонников существования растительности на Марсе — Г.А. Тихов — в результате экспериментального изучения полярных и высокогорных растений показал, что спектральные характеристики могут сильно различаться в зависимости от условий, в которых находятся растения. В дальнейшем в СССР гипотезу существования растительных форм жизни на Марсе развивал К.А. Любарский (1962). Он полагал, что обитающие на Марсе организмы представляют собой прижатые к почве плотные корки с цельной (нерассеченной) ассимилирующей поверхностью. Фотосинтез осуществляется ими не с помощью хлорофилла, а посредством особого пигмента с основной полосой поглощения в синей части спектра. Окраска таких организмов может изменяться в связи с тем, что в их эпителии содержатся гидрохромные пигменты, способные сильно маскировать основной красно-бурый цвет. Скорость прироста биомассы таких организмов мала, зато частоты мутирования и скорость эволюции велики.
Последние исследования Марса советскими и американскими космическими аппаратами показали, что вероятность существования жизни на этой планете крайне невелика. В настоящее время большинство исследователей склоняются к заключению, что растительных форм жизни на Марсе нет. Однако некоторые ученые (К. Саган, X. Штраухгольд, К. Поннамперума и др.) все же допускают возможность существования на этой планете микроорганизмов. Так, спектрографическими исследованиями Р. Янга, К. Поннамперума и других было установлено наличие в затемненных областях планеты альдегидов и высказано предположение, что под влиянием ультрафиолетового излучения могут в результате полимеризации образоваться различные сахара. Этими же исследователями в лабораторных экспериментах было показано, что при моделировании марсианских условий на «почве» (лимоните) возможен абиогенный синтез органических веществ, которые могут использоваться гетеротрофными организмами. При этом было высказано предположение, что марсианские микроорганизмы не нуждаются в фотосинтезе. Можно, вероятно, согласиться с мнением К. Сагана о том, что вопрос о существовании примитивных форм жизни на Марсе может быть окончательно решен только после непосредственного изучения этой планеты.
В последние годы стали появляться публикации, в которых высказывались предположения о возможности существования жизни на Юпитере. Основанием для такого предположения послужили результаты экспериментов, в которых моделировалась атмосфера Юпитера (СН4+Н3; СН4+Н3+Н2О) и исследовалось влияние на нее различных физических воздействий — ультрафиолетового излучения, высокой температуры, электрических разрядов. Поннамперума и Веллер, пропуская через такую атмосферу дуговой разряд, синтезировали некоторые аминокислоты и отдельные элементы нуклеиновых кислот. Указанное направление исследований тесно соприкасается с проблемой возникновения жизни на Земле.
В связи с развитием космической биологии вновь привлекает внимание проблема возможности переноса жизни с одного небесного тела на другое. С этой проблемой тесно связаны некоторые практические вопросы современной биоастронавтики: стерилизация космических беспилотных кораблей, изучение возможностей адаптации некоторых земных организмов (прежде всего спорообразующих форм растений и микроорганизмов) к различным экстремальным условиям.
В центре внимания вновь оказалась теория панспермии С. Аррениуса (1895). По существу ее развивают в наши дни К. Саган и А.А. Имшенецкий, привлекая новые данные физики и астрофизики. Из всех возражений против возможности переноса жизни с одного небесного тела на другое наиболее вескими являются следующие два: повреждающее действие радиации и отсутствие достаточных данных о существовании природного механизма, который помог бы даже таким небольшим материальным частицам, как споры микробов, преодолеть удерживающие их на поверхности планет гравитационные силы. Вместе с тем результаты лабораторных экспериментов свидетельствуют о том, что некоторые устойчивые споровые формы микроорганизмов могут существовать в космическом пространстве, сохраняя жизнедеятельность при переносе с одного небесного тела на другое в составе метеорных частиц. Однако это предположение пока не имеет строго экспериментального подтверждения. Изучение же метеоритов до сих пор не дало серьезных доказательств наличия в их составе внеземных форм жизни.
А.А. Имшенецкий и сотрудники (1962) указали на большую вероятность быстрого загрязнения метеоритов земными микроорганизмами, что требует особенно осторожного отношения к результатам их исследования, в связи с этим возникает проблема строгой дифференцировки внеземных форм жизни от земных, измененных в связи с адаптацией к новым условиям космической среды. Н. Горовитц считает, что в случае обнаружения внеземной жизни, прежде всего, необходимо выяснить степень ее общности с земной. Признаками общности происхождения может быть идентичность набора аминокислот и нуклеотидов генетического кода.
Большой интерес представляют исследования, в которых была подвергнута экспериментальному изучению возможность существования и приспособления земных форм жизни к условиям космической среды, характерной для околоземного пространства и некоторых планет Солнечной системы. Была установлена возможность некоторых микроорганизмов сохранять жизнь в условиях глубокого вакуума, противостоять при известных условиях воздействию различных видов радиации, в том числе интенсивному ультрафиолетовому излучению. При моделировании марсианских условий жизни получены интересные данные, указывающие на возможность некоторых микроорганизмов адаптироваться к такой среде обитания.
Исследования с моделированием в лабораториях условий космического пространства и планет Солнечной системы непрерывно расширяются. В них получен интересный материал о границах устойчивости различных земных форм жизни к экспериментальным условиям.