Как биологи учат креветок есть в невесомости и зачем это для лунной базы

Общеизвестно, что в безвоздушном пространстве отсутствуют привычные пищевые ресурсы. Осваивая дальний космос, человечеству придется заблаговременно формировать продовольственные запасы. Морепродукты представляют собой один из древнейших и наиболее ценных источников питания на нашей планете, тем не менее, наше понимание адаптации водных организмов к невесомости крайне ограничено. В новой научной работе специалистов из Японского университета Окаяма, опубликованной в издании «Microgravity Science and Technology», сделана попытка восполнить этот пробел. Авторы применили инновационную методику имитации микрогравитации для изучения поведения ракообразных, доказав их высокий потенциал для интеграции в будущие внеземные пищевые цепочки.

Наземное моделирование условий невесомости традиционно опирается на башни свободного падения или специальные авиарейсы, выполняющие параболические маневры. Оба подхода гарантируют лишь кратковременное состояние микрогравитации, исключающее возможность проведения пролонгированных исследований. Международная космическая станция служит отличной альтернативой, однако ее эксплуатация сопряжена с колоссальными финансовыми затратами и жестким дефицитом свободного пространства. Именно поэтому ученые обратились к использованию клиностатов.

Данные специализированные установки непрерывно меняют пространственное положение исследуемых объектов, компенсируя земное притяжение и воссоздавая ключевые аспекты невесомости. За счет вращения векторы гравитации и центробежной силы взаимно нейтрализуются за заданный временной интервал. Подобные приборы демонстрируют высокую эффективность при работе с растительными культурами и микроорганизмами, тогда как исследование высокоорганизованных животных сопряжено с серьезными трудностями.

Классические клиностаты функционируют на низких скоростях вращения — в пределах 10–25 оборотов в минуту. Подвижные гидробионты внутри таких устройств успевают мгновенно скорректировать свое положение, нивелируя эффект псевдоневесомости, столь эффективный для простых форм жизни. Исследовательская группа задалась закономерным вопросом: почему бы не спроектировать высокоскоростной клиностат?

В результате инженеры создали уникальную установку, совершающую порядка 130 оборотов в минуту — более двух полных циклов за секунду. Столь интенсивное вращение лишает сложных существ, будь то рыбы или креветки, возможности адаптироваться к земному вектору тяжести до момента очередной смены ориентации прибора. Иными словами, высокая угловая скорость погружает образцы водных обитателей в состояние полноценной искусственной невесомости.

Задействовав модернизированную установку, исследователи перешли к практической фазе с живыми организмами. Первыми подопытными стали молодые особи креветки курума. Ученые сконструировали герметичный контейнер с интегрированной цифровой камерой и подсветкой, подвергнув ракообразных пятнадцатиминутной симуляции микрогравитации с параллельной фиксацией пищевого поведения. Интенсивное вращение провоцировало мощное перемешивание жидкости внутри камеры, формируя внутренние течения со скоростью около 0,15 м/с.

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

Для стабилизации своего положения в потоке креветки цеплялись за внутреннюю пластиковую сетку. Примечательно, что они поедали исключительно те кормовые частицы, которые оказывались непосредственно перед ними, отказавшись от активного преследования добычи, характерного для условий нормальной гравитации. Наиболее продуктивно процесс кормления протекал в моменты временной остановки водных потоков. Хотя точную причину такого пищевого паттерна — будь то гидродинамическое воздействие или сама микрогравитация — выделить сложно, всплеск активности при затухании течений подтверждает готовность креветок принимать пищу в условиях невесомости.

Помимо поведенческих реакций, специалисты изучили генетический профиль подопытных. Выдержав группу креветок в режиме имитируемой невесомости на протяжении суток, биологи провели транскриптомный анализ с использованием методологии Gene Ontology (GO), сопоставив полученные данные с контрольной группой из нормальной среды. Были зафиксированы масштабные экспрессионные сдвиги в генах, ответственных за метаболизм хитина и формирование кутикулярного покрова. Поскольку данные структуры критически важны для локомоции и защиты экзоскелета, очевидно, что микрогравитация оказывает системное влияние на организм креветок на молекулярном уровне.

Ввиду крупных габаритов креветок и сложности набора статистически значимой выборки, ученые провели контрольные тесты на артемиях, известных как «соленые креветки» или «морские артемии». Четырехдневное непрерывное пребывание этих рачков в клиностате показало их успешную адаптацию: они стабильно охотились на микроводоросли, продуцировали метаболические отходы и демонстрировали полноценный рост. Иными словами, организмы успешно функционировали в невесомости без критических патологических последствий.

Тем не менее, не все запланированные эксперименты завершились успехом. Первоначальный план включал исследование рыбьих особей, однако существующие камеры не справились с данной задачей, поэтому итоговый отчет сфокусирован исключительно на беспозвоночных, намечая вектор для дальнейших изысканий. Параллельно реализуются иные космические инициативы, включая проект Lunar Hatch по инкубации рыбьей икры в лунной среде, а также инициативу SpaceGenFish, нацеленную на создание автономных аквакультурных модулей для МКС.

Впереди предстоит колоссальный объем работы, прежде чем морепродукты займут свое место в рационе межпланетных экипажей в качестве свежего источника белка. Успех текущих наземных экспериментов и активное развитие космических аналогов гарантируют, что «морские артемии» еще не раз послужат надежным инструментом в будущих астробиологических открытиях.

Источник