Тернии к звездам

Проверьте, пожалуйста, ваш список вещей первой необходимости:

1. Лучшие космонавты;
2. Быстрый космический корабль;
3. Надёжные скафандры;
4. Самая точная система навигации;
5. Качественная система связи.

Стойте, кажется, мы что-то забыли! Принесите кто-нибудь тот фикус!

Вернемся в наши дни. Кто знает, когда начнутся наши приключения на Марсе или в дальнем космосе, но что точно – растения будут с нами. И вот вопрос, будут ли они такими же, как земные? Давайте разбираться.

Для чего нам вообще нужны растения в космосе?

В первую очередь, растения – важный источник пропитания для человека. Многие помнят истории про мореплавателей и цингу. Современные технологии, конечно, позволяют искусственно синтезировать витамин С или создавать продукты с нужным составом, которые могут храниться годами. Однако этого всё равно будет недостаточно. Несколько лет полёта в одну сторону, несколько – в другую. Да и на Марсе нужно что-то есть. В общем, выход один – научиться самостоятельно себя обеспечивать в космосе, например, выращивая свой космический огород.

А какие ещё ассоциации у вас вызывает слово «растение»? Может, газообмен? Со школы всем известно, что растения могут синтезировать органические соединения из воды и углекислого газа под действием энергии света, а побочным продуктом этой реакции – реакции фотосинтеза – является кислород, который необходим для жизни аэробным организмам, в том числе и людям. Этот принцип ещё Константин Циолковский предлагал использовать в дальних космических полетах [1]. Но могут ли растения в замкнутом пространстве полностью обеспечить этот круговорот веществ или всё устроено сложнее? Этим вопросом задавались не только мы. В XX–XXI вв. проводили различные изоляционные эксперименты, суть которых заключалась в моделировании космических полётов в герметичной среде. Такие громкие проекты, как Biosphere2 или MARS500, позволили воссоздать атмосферу в замкнутом пространстве, а также выявить слабые места в системе, что можно использовать для проектирования систем жизнеобеспечения на космических кораблях уже в реальных полётах [2, 3]. На фотографии 1 вы можете посмотреть, как выглядела оранжерея в комплексе MARS500.

Фото 1. Работа в оранжерее экспериментального комплекса MARS500.

И наконец, у всего должен быть свой вайб! А растения, как никто другой, помогут создать его. У кого так было? Когда всё достало, и жизнь, кажется, «идёт под откос», стоит выйти на природу, полюбоваться яркими цветами, потрогать зеленую траву, и жизнь успокаивается и налаживается. Конечно, вряд ли на космическом корабле получится разбить огромные сады и парки, но наличие растений благоприятно скажется на общей атмосфере и состоянии коллектива космонавтов. В сборнике Леонида Поспелова «Орбиты мира и дружбы» можно прочитать о различных экспедициях и экспериментах на борту станции «Салют-6». Да, ещё во времена Советского Союза пытались выращивать растения в космосе. Так, например, советский летчик-космонавт Валерий Рюмин писал, что они надеялись и ждали, когда вырастут огурцы и «скрасят их жизнь в машинном зале» [4]. Найти фотографию Валерия Рюмина с огурцами, к сожалению, не получилось. А вот астронавты из NASA часто радуют нас фотографиями растений-космонавтов (Фото 2).

Фото 2. Астронавты NASA Шэннон Уокер и Майкл Хопкинс наслаждаются ароматом свежесобранных листьев растений, выращенных в космосе.

Итак, мы поняли, чего хотим от растений. Но как их получить? Для этого давайте сначала ответим на вопрос, как мы получили те растения, что есть у нас сейчас на Земле.

Как известно, природа «занимается» естественным отбором, а вот человек научился осуществлять искусственный отбор или селекцию. Вы хотите чёрные помидоры? Выведем! А что насчет жёлтого арбуза? Нет проблем! Наши предки начинали с того же. В начале пути они вряд ли знали, что такое селекция. Но собирая и размножая пшеницу, которая не сразу осыпалась после созревания, они постепенно создавали её новый культурный вид – занимались искусственным отбором [5]. И так было не только с пшеницей. Правда, такая селекция может занимать тысячи лет. С развитием сельскохозяйственной науки, биологии, химии, физики появились новые технологии, стали применять мутагенные факторы, с помощью которых селекционеры выводили новые сорта гораздо быстрее – всего десятки лет, если не повезёт [6]. А если хочется быстрее, то на помощь может прийти генная инженерия. Хотя её опасаются, на самом деле, на это нет причин. Вопрос генно-модифицированных организмов заслуживает отдельного изучения, но сейчас хочется уточнить – вся пищевая продукция, являющаяся ГМО или полученная с помощью ГМО, проходит тщательную проверку на возможные аллергенные, иммуномодулирующие и мутагенные свойства [7, 8]. Таким образом, уверенность в безопасности таких продуктов даже выше, чем, например, у растений, полученных классической селекцией. Вообще говоря, селекция и генная инженерия не враги, а, скорее, лучшие подруги. Они взаимодополняют друг друга: генетики изучают, что и как поменять в растении, меняют это с помощью геномного редактирования, а следом селекционеры размножают и выводят полноценные сорта. Получается, наши предки, осуществляли ту же генную инженерию, но «вслепую». Люди открывали новые земли, нередко с совершенно иным климатом, тогда приходилось отбирать растения с наиболее подходящими свойствами. Но что, если люди переселятся не на тысячу километров на север или восток, а на тысячу километров вверх? На самом деле, это не так важно, ведь методы – выведения новых сортов будут теми же, что и на Земле.

Мы узнали, что нам нужно от растений в космосе – их роль в питании, газообмене и психологическом состоянии космонавтов – и выяснили, какие инструменты можно для этого использовать. Дело за малым: подумаем, какими же будут космические растения?

Как вы думаете, может они будут вырастать за одну ночь, как в рассказе «Зелёное утро» Рэя Брэдбери? Ладно, может не за ночь, но быстрый рост – свойство, которое может пригодится в космических путешествиях. А может они будут давать «молодильные яблочки», как из народных сказок? Им не обязательно действительно обладать омолаживающим эффектом – хотя почему-бы и нет! – но, если они будут кладезем полезных для здоровья соединений, то это пригодится. Или они будут такими сильными, что прорастут сквозь обшивку шаттла в космосе, как, например, растительность с планеты Веста в 12-й серии телесериала «Царство падальщиков». Чем вам не выносливое и неприхотливое растение, способное жить и развиваться в неблагоприятных условиях?

Фантастика фантастикой, но пока растения вряд ли сильно будут отличаться от земных. Чтобы заметить существенную разницу, необходимо выводить новые виды, сорта не один десяток лет. Кстати говоря, кое-кто давно уже это начал.

Нельзя говорить о космосе и не вспомнить проекты NASA. Идея выращивать там растения не обошла их стороной. Сейчас они разрабатывают большое количество проектов, вот некоторые из них:

1. Veggie – Система Овощного Производства [9, 10].

Veggie – это установка (впервые использована в 2014 году), созданная для регулирования и контроля параметров окружающей среды: температуры, влажности, освещения – в общем того, что важно для растений. Технология позволила исследовать их рост и развитие в условиях микрогравитации. Вы можете посмотреть, как выглядит Veggie на Фото 3: это открытая система, каждое растение занимает своё собственное место на «подушке» с питательными веществами и водой, а специальная лампа даёт свет, необходимый не только для осуществления фотосинтеза, но и для ориентации растения во время его произрастания. С помощью этой технологии получилось вырастить не одно растение на МКС, например, зелёный салат, пекинскую капусту, горчицу «Мизуна».

Фото 3. Астронавт NASA Кейла Бэррон осматривает растения, растущие в исследовательской системе Veggie для эксперимента Veggie PONDS.

2. Seed-to-seed-to-seed [11].

В 2014 году в журнале Astrobiology Брюс Линк и соавторы опубликовали статью «Seed-to-seed-to-seed growth and development of Arabidopsis in microgravity». В тексте приведены результаты эксперимента NASA по выращиванию арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) на МКС. Выращивание проводилось в камере закрытого типа, которая позволяла поддерживать необходимую температуру, влажность, режим освещения, подачу жидкости и питательных веществ. Таким образом изучали рост растений в условиях пониженной гравитации. Спойлер: всё прошло вполне успешно, растение выросло. Исследователи отметили, что в целом рост и развитие в условиях микрогравитации происходили так же, как и у выращиваемых на Земле, хотя и наблюдались некоторые морфологические изменения. Например, если посмотреть на Фото 4, можно сравнить растения: на Земле главный стебель и боковые ветви арабидопсиса направлены вверх, формируя ровную, симметричную структуру; а арабидопсис, выращенный на МКС теряет вертикальную ориентировку – стебли изгибаются, а ветви располагаются почти горизонтально, из-за чего вся форма становится асимметричной. Получается, растения вполне способны развиваться на борту МКС, хотя и с заметными изменениями.

Фото 4. Изображения Arabidopsis thaliana, выращенного а) на Земле, b) и c) в космосе.

3. International Space Station Researcher`s Guide [12].

Строго говоря, это не проект, а пособие от NASA. Здесь собраны некоторые эксперименты, которые уже были осуществлены или проводятся прямо сейчас. А в конце они рассказывают о возможностях построить ваш собственный эксперимент и доставить его на МКС.

По большей части проекты NASA сосредоточены на изучении роста и адаптации растений в условиях невесомости, а также аппаратного обеспечения для этого. Хотя и отмечается, что вскоре исследования перейдут на новую ступень – проектирование самих растений с помощью селекции и генной инженерии.

Не только в США, но и в Китае ученые интересуются возможностью выращивать растения в космосе. Например, сейчас изучаются такие культуры как арабидопсис, рис, хлопок и некоторые другие. Исследуются различные аспекты влияния космической среды на растения: от влияния на их рост и развитие до генетических и эпигенетических изменений.

Вот некоторые из исследований:

4. Эпигенетические изменения арабидопсиса [13].

В одном из космических экспериментов на борту спутника «Shijian-10» в условиях микрогравитации выращивали арабидопсис в течение 11 дней. После этого растение вернули на Землю и проводили всевозможные тесты, анализы в попытках выяснить, какое влияние оказали условия на борту. В итоге обнаружили, что произошли эпигенетические изменения. Это значит, что последовательность ДНК в геноме арабидопсиса не изменилась, но изменилась активность некоторых генов за счёт метилирования нуклеотидов. Эти эпигенетические модификации затронули гены, участвующие в регуляции роста и реакции на стресс. Они сохранялись в первом и втором поколениях, хотя их количество и уменьшалось в каждом новом поколении. Такие изменения играют важную роль в адаптации и устойчивости растений к стрессам, получается, те же механизмы работают в случае наличия стресса в космической среде, например, микрогравитации.

5. Жизнь на Луне [14].

Китайские ученые пошли дальше опытов на космических станциях и провели эксперимент по выращиванию хлопка на Луне. Зонд Chang’e-4 отправили на спутник, установив предварительно специальную камеру, способную обеспечивать питание и поддерживать необходимые климатические условия: температуру, влажность, давление. Основное отличие условий для экспериментальных и контрольных (земных) образцов заключалось главным образом в пониженной гравитации (1/6 g). Лунные проростки хлопка оказались крайне живучими – они быстро адаптировались к неблагоприятным условиям – чрезвычайному холоду (до – 52оС). Несмотря на перенесенный холод в течение нескольких часов, они всё же смогли прорости, в этом вы можете убедиться, посмотрев на фото 5. А вот повторить на Земле эксперимент не получилось – проростки погибли после таких перепадов температур. Исследователи предполагают, что именно пониженная гравитация может быть причиной такой стрессоустойчивости, хотя изучить точный механизм сейчас не представляется возможным.

Фото 5. Проростки хлопка на Луне.

Итак, китайские ученые не только проводят различные исследования, отлично дополняющие знания о росте и развитии, реакции растений на стрессы в космосе, но и активно изучают возможности выращивания их на других объектах Солнечной системы.

В России тоже не отстают! В Санкт-Петербурге в 2021 году был создан проект «Космодачники» [15]. Группа учёных-исследователей занимается вопросами выращивания растений в космических условиях: как техническими, так и биологическими аспектами. Руководителем проекта является Кудрицкий Аркадий Николаевич. В небольшом интервью он рассказал об их сферах интереса: от разработок роботизированных систем для ухода за растениями до исследований возможности их выращивания в космосе. Аркадий рассказывает:

На данном этапе развития человечества, когда у нас имеется Международная Космическая Станция, доставка продовольствия до околоземного пространства – занятие, которое проще простого выполнить при помощи грузовых кораблей, которые могут доставить грузы за очень короткий промежуток времени (3,5 часа), в таких условиях все продукты питания и расходники для системы жизнеобеспечения (производства кислорода, утилизации углекислого газа и продуктов жизнедеятельности экипажа) возможно довольно быстро поставлять с минимальными рисками, да и мало чего на самой станции перерабатывается повторно. Но чем дальше мы будем забираться в космическое пространство, тем дольше и рискованнее будет осуществляться поставка всех ресурсов. Поэтому необходима альтернатива в виде систем жизнеобеспечения замкнутого цикла, которые могут устроить круговорот веществ до 95% и более замкнутости по всем веществам. Этим как раз мы и занимаемся.

На фото 6 вы можете увидеть экспериментальную установку «ЭХО», созданную командой проекта. Она позволяет изучать взаимодействие растений и среды в замкнутых условиях. И это далеко не единственное, чем «Космодачники» занимаются и что умеют!

Фото 6. Экспериментальная установка «ЭХО», созданная командой проекта «Космодачники».

Что же, пора подводить итоги. Сегодня мы выяснили, что растения в космос мы точно берём. Выяснили, зачем берём и как будем их выращивать, какими они будут. На самом деле, такие исследования важны не только для космический путешествий, но и для лучшего понимания физиологии земных растений, природных процессов на нашей планете. Эти знания нам обязательно пригодятся.

А что до космоса, человеческому любопытству нет предела. По опыту «прошлых лет» вряд ли мы останемся в нашей колыбели – на Земле. Когда-то Магеллан, Беринг, Колумб плавали в поисках новых земель. Может, их тянула не только выгода, но и интерес к неизведанному, новому? Не зря есть фраза «Через тернии к звёздам». Только вот, может «тернии» тоже полетят к звёздам?

Информация о произведении:

Автор: Ульяна Терентьева
Редактор: Виталий Григорьев
Статья написана в рамках авторского курса, созданного сообществом Стройка века и проведенного совместно со СНО СПБПУ. Информацию о курсе вы можете найти по ссылке.

Условия использования: свободное некоммерческое использование при условии указания автора и ссылки на первоисточник.

Для коммерческого использования - обращаться на почту: buildxxvek@gmail.com

Список литературы:

1. Беркович, Ю. Урожаи в невесомости: интервью, 25 августа 2022 г. / Ю. Беркович; ИА «Научная Россия» Информация взята с портала «Научная Россия» – Москва, 2022. – URL: https://scientificrussia.ru/articles/urozai-v-nevesomosti-intervu-s-professorom-uliem-berkovicem-o-razrabotke-kosmiceskih-oranzerej (дата обращения: 25.10.2025)
2. Biosphere 2: официальный сайт. – Аризона. – URL: https://biosphere2.org (дата обращения: 25.10.2025).
3. MARS 500: официальный сайт. – Москва. – URL: mars500.imbp.ru (дата обращения: 25.10.2025).
4. «Салют-6»: орбиты мира и дружбы. Двадцатилетию космического полета Ю. А. Гагарина посвящается эта книга: сборник / Составитель Л. Поспелов. — Москва: Мол. гвардия, 1981. — 319 с.
5. Purugganan, M. [et al.] The nature of selection during plant domestication // Nature. 2009. V. 457, P. 843–848. doi: 10.1038/nature07895
6. Общая селекция растений: учебник / Ю.Б. Коновалов, В.В. Пыльнев, Т.И. Хупацария, В.С. Рубец. – Санкт-Петербург: «Лань», 2013. – 480 с.
7. Государственный информационный ресурс в сфере защиты прав потребителей. Роспотребнадзор. – URL: https://zpp.rospotrebnadzor.ru/news/federal/113406 (дата обращения: 25.10.2025).
8. Richard, J. R. [et al.] The Nobel Laureates’ Campaign Supporting GMOs // Journal of Innovation & Knowledge. V. 3(2). 2018. P. 61-65.
9. Levine, H. [et al.] PONDS: A New Method for Plant Production in Space // In-Space Manufacturing and Resources. 2022:235-249. doi: 10.1002/9783527830909.ch12
10. NASA: официальный сайт. – URL: https://www.nasa.gov/exploration-research-and-technology/growing-plants-in-space/ (дата обращения: 25.10.2025).
11. Link, B.M. [et al.] Seed-to-seed-to-seed growth and development of Arabidopsis in microgravity // Astrobiology. 2014. V. 14(10):866-75. doi: 10.1089/ast.2014
12. A Researcher’s Guide to: Plant Science / E.B. Blancaflor, R.M. Wheeler, G. Massa, J.T. Richards, C.D. Quincy, H.G. Levine – NASA ISS Program Science Office, 2023. – 44 с.
13. Kong, X. [et al.] Recent progresses on space life science research in China // Life Sciences in Space Research. 2024. V. 43. P. 35-42. doi: 10.1016/j.lssr.2024.10.002
14. Xie, G. [et al.] The Lunar One-Sixth Low Gravity Conduciveness to the Improvement of the Cold Resistance of Plants // Microgravity Sci. Technol. 2023. V. 35. doi:10.1007/s12217-023-10058-9
15. Космодачники: официальная страница. – Санкт-Петербург. – URL: https://vk.com/allsparks (дата обращения: 20.10.2025).