Чтобы узнать, где на космической станции будут скапливаться микроорганизмы, нужно знать лишь направление потоков воздуха и изначальное распределение микробов в помещении.

Человеку в космосе приходится жить в полной изоляции от внешней космической среды – мы не может на космической станции открыть форточку, чтобы проветрить помещение, или выйти на улицу выбросить мусор. И если на космической станции есть какие-то микроорганизмы – бактерии или, скажем, грибы – то ни они от нас, ни мы от них никуда не денемся. Поэтому очень важно знать, как именно всевозможные микробы могут распространяться по замкнутому помещению – чтобы вовремя перехватить и уничтожить тех из них, которые могут представлять опасность.

Метициллин-резистентный штамм золотистого стафилококка – одна из самых известных и самых опасных лекарственноустойчивых бактерий. (Фото: NIAID / Flickr.com.)

Стафилококк и спора бациллы, участвовавшие в эксперименте с расселением микробов в герметичном объеме. Микроорганизмы взяли с борта МКС. (Фото пресс-службы ФИЦ КНЦ СО РАН.)

Трехмерная модель герметичного объема, использованного в эксперименте по распылению космических микробов. (Фото пресс-службы ФИЦ КНЦ СО РАН.)

Чтобы изучать распространение микроорганизмов на космической станции, не обязательно лететь на саму станцию. Для подобных целей на Земле есть близкие по свойствам научно-исследовательские объекты. Один из них – замкнутая система жизнеобеспечения БИОС-3 в Красноярске. В комплексе БИОС-3 не раз ставили длительные эксперименты по замыканию экологического цикла, включающего человека. Именно здесь впервые в мире попробовали замкнуть биологический круговорот с участием двух и трех членов экипажа. Самый длительный эксперимент, проведенный в 1972 году, продолжался 180 дней. В результате удалось достичь полного замыкания системы по газу и воде, при этом система воспроизводила до 70% потребностей экипажа в пище.

И вот сейчас на БИОС-3 исследователи Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) и Института медико-биологических проблем РАН вместе с коллегами из Финляндии, Бельгии и Франции попытались оценить, как будут распространяться микроорганизмы, оказавшиеся внутри герметичного пространства. Расчеты показали, что они должны скапливаться преимущественно либо там, где возникают завихренные воздушные потоки, либо там, где воздух вообще не движется.

Математическая модель, описывающая распределение частиц, опубликована в статье Journal of Environmental Sciences. Поначалу расчеты выполняли для мелкодисперсных частиц, соответствующих бактериям по размеру, весу и объему. Предсказанное распределение механических частиц совпадало с наблюдениями в самой системе, а потом, чтобы убедиться в адекватности модели, внутри БИОС-3 распыляли настоящие микроорганизмы, взятые на МКС и доставленные на Землю. (К слову, наиболее распространенные бактерии и грибы из воздуха космических аппаратов принадлежат родам Staphylococcus и Bacillus, а также Penicillium и Aspergillus.)

В целом оказалось, что для того, чтобы оценить скорость и направление распространения микробов и места их скоплений в замкнутом пространстве, достаточно знать направления воздушных потоков и то, как микрофлора была изначально распределена по системе – то есть, грубо говоря, откуда микробы стартовали. По словам Александра Тихомирова, доктора биологических наук, профессора, заведующего лабораторией управления биосинтезом фототрофов Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН, «расчетным путем можно определить зоны, куда попадают или где с наибольшей вероятностью скапливаются бактерии или любые другие механические частицы, аналогичные по размеру микробам. Обладая этой информацией, специалисты смогут предсказать и принять профилактические меры, включая оперативную обработку потенциально зараженных пространств».

Естественно, полученные результаты важны не только для космоса, но и для Земли. Здесь у нас тоже есть масса помещений, которые пусть и не изолированы столь сильно от внешней среды, однако все же представляют собой достаточно замкнутые системы – представим, например, салон самолета или просто какое-нибудь крупное общественное помещение, вроде детского сада или кинотеатра. Зная, как по ним расселяются микробы, можно выработать наиболее эффективный регламент проветривания, а само внутреннее пространство организовать так, чтобы люди как можно меньше соприкасались с зонами скопления микрофлоры.

Возвращаясь к установке БИОС-3 – расселение микробов, конечно, не единственное, что тут изучают. Сейчас при поддержке Российского научного фонда исследователи отрабатывают новые технологии, позволяющие замкнуть систему жизнеобеспечения человека в космосе.

Красноярские биофизики в настоящее время запустили годичный эксперимент с малой замкнутой экологической системой, рассчитанный на небольшое присутствие человека. Участники эксперимента, не нарушая герметизации камер, с помощью специального шлюза периодически заходят в камеры для взятия проб и ухода за растениями.

В результате таких исследований мы получим больше информации о том, как поддерживать круговоротные процессы – это знание необходимо для того, чтобы создавать системы жизнеобеспечения человека с высокой степенью автономности, которые в перспективе можно будет использовать как для создания внеземных баз на Луне или Марсе, так и в труднодоступных регионах на Земле.

 По материалам пресс-службы ФИЦ КНЦ СО РАН.