Рослини адаптують свою генетичну активність всього за кілька хвилин після того, як опиняються в умовах невагомості.

За даними нового дослідження Університету Флориди, рослини починають реагувати на космічний політ майже відразу після відльоту із Землі. Дослідження, яке зафіксувало найперші етапи біологічної адаптації під час комерційної суборбітальної місії, опубліковане у журналі Microgravity. У ньому йдеться про результати експерименту, проведеного астронавтом під час польоту Blue Origin New Shepard NS-26 29 серпня 2024 року.

Експеримент із рослинами під час суборбітального польоту

Протягом більше ніж двадцяти років космічні біологи Роб Ферл та Анна-Ліза Пол з Університету Флориди спільно досліджували, як живі організми реагують на умови космічних польотів. Для цього вони створили експеримент, спрямований на вивчення біологічних змін, які відбуваються на різних етапах місії. Цю інформацію надає сайт phys.org.

Дослідники вже тривалий час аналізують, як рослинні та інші живі організми реагують після перебування в космосі протягом днів, тижнів або місяців. Проте інформації про біологічні зміни, що відбуваються під час перших хвилин космічного польоту, значно менше, а також про те, як ці реакції еволюціонують у процесі місії.

"Дослідження, які можна здійснити під час суборбітального польоту, дійсно мають сенс і заслуговують на цю подорож, -- зазначив Ферл. -- Суборбітальний простір має величезну внутрішню цінність, зокрема в аспекті вивчення швидких змін у біології в різних стадіях космічного польоту, особливо в перші кілька хвилин перебування в космосі."

Зберігання проб у контрольних трубках на чотирьох етапах виконання польоту.

Для своєї місії Ферл підготував десятки рослин арабідопсиса, помістивши їх у спеціально створені трубочки, які прикріпив до свого костюма. Він активував ці трубочки в чотирьох ключових моментах під час космічного польоту: перед стартом, при досягненні мікрогравітації, наприкінці безвагового стану під час початку спуску, а також під час приземлення. Підготовку рослин здійснили Пол та його колега Джордан Б. Каллахем, після чого Пол передав їх команді капсули Blue Origin перед стартом.

На наземному об'єкті обробки вантажів Каллахем слідкував за прогресом Ферла, одночасно активуючи необхідні контрольні трубки. У цей час Пол направився до капсули, щоб здійснити управління посадковою операцією на місці. Ця злагоджена діяльність дозволила науковцям порівнювати рослини, які проходили космічний експеримент, з аналогічними зразками, що залишилися на Землі, та досліджувати зміни, які відбувалися в них протягом різних етапів місії.

Пристрої, які отримали назву фіксуючі трубки Космічного центру Кеннеді, призначені для зберігання біологічних зразків в момент їх активації. Ці трубки були розроблені за участю команди з Університету Флориди і вже не раз застосовувалися для сотень зразків, зібраних під час місій космічного шатла та на Міжнародній космічній станції. Застосування таких трубок на борту New Shepard дало можливість вченим використовувати перевірену технологію досліджень в орбіті для експериментів у суборбітальному просторі.

Пол зазначив, що години, витрачені на тренування та підготовку команди перед місією, стали безцінним досвідом. Активації повинні були відбуватися у точно визначений час, як під час польоту, так і на Землі, щоб забезпечити значущі порівняння між зразками, отриманими в космосі, та їхніми земляними аналогами.

Зміна активності генів рослин залежно від фази місії

Генетична активність зазнає змін під час космічних польотів. Отримані результати надають одне з найбільш ясних уявлень про те, що відбувається при переміщенні з Землі в космос. Вчені виявили більше 1200 генів, активність яких була модифікована під час перебування в космічній місії. Репліки варіювалися між листками та корінням, а також змінювалися в різних етапах місії.

Багато з уражених генів беруть участь у тому, як рослини реагують на стресові умови та зміни навколишнього середовища. Результати свідчать про те, що акліматизація до космічного польоту не є одноразовою біологічною адаптацією, яка відбувається після того, як організм досягає космосу. Натомість це поступовий процес, що включає різні реакції під час запуску, входження у мікрогравітацію, спуску та повернення на Землю.

Результати проведеного експерименту надають дослідникам глибше розуміння процесів біологічної акліматизації, що відбуваються під час космічних польотів.

Яким чином дослідники здійснюють експерименти в умовах космосу?

Крім біологічних відкриттів, експедиція показала, що науковець може самостійно виконувати експерименти в космосі, працюючи в звичайному одязі, не покладаючись лише на автоматизовані системи чи підготовлених астронавтів.

Велику кількість експериментів у космічних польотах потрібно виконувати автоматизовано або з участю астронавтів, які займаються різними дослідженнями. Під час місії NS-26 Ферл мав чітку задачу – наглядати за експериментом, який він спільно розробив з Полом. Він міг контролювати процес відбору зразків, перевіряти, чи правильно консерванти обробляють зразки, регулювати переміщення трубок для забезпечення їх швидкого зберігання, а також фіксувати спостереження щодо часу та якості кожного зразка.

Ферл опублікував статтю, в якій обговорює польоти науковців у космос, ґрунтуючи свої міркування на власному досвіді подорожі на борту New Shepard компанії Blue Origin. Він обґрунтовує концепцію відправлення вчених у космос разом із їхніми дослідженнями, зазначаючи: "Активна участь дослідників у процесі сприяє розвитку якіснішої науки і формуванню кращих фахівців". Ферл підкреслює, що особисте спостереження за експериментами надає унікальне розуміння, яке важко досягти через дистанційні методи.

Успішна місія продемонструвала, що вчені здатні ефективно організовувати свої експерименти під час космічних польотів, а комерційні суборбітальні космічні апарати можуть стати відмінними майданчиками для наукових досліджень. Такий підхід надає дослідникам безпосередній доступ до умов, що оточують експеримент, а також можливість проводити спостереження, які неможливо здійснити за допомогою автоматизованих систем або дистанційного управління.