Не только Белка и Стрелка: зачем животных отправляли и будут отправлять в космос
В первые годы освоения космоса никто не знал, что может произойти с живыми организмами во время полёта за пределы Земли. Естественно, жизнью людей никто рисковать не хотел, а потому для отработки безопасных запусков и приземлений использовали животных. Кроме того, учёные старались на примере собак и обезьян предположить, как космический полет может повлиять на человеческий организм. Животные сыграли важную роль в понимании влияния микрогравитации на многие биологические функции. За долгие годы учёные успели отправить в космос огромное количество видов: мух, червей, ос, пчел, жуков, пауков, сверчков, муравьев, мотыльков, рыб, лягушек, тритонов, медуз, улиток, черепах, кроликов, мышей, крыс, ежей, морских свинок, бабочек, скорпионов, тараканов, собак, котов, обезьян и многих других.
Первопроходцы
Между Земной атмосферой и космосом нет четкой границы. Экзосфера (внешняя часть атмосферы) простирается до тысячи километров над уровнем моря. Однако газ там сильно разрежён. А вот до высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. Именно эта граница, называемая линией Кармана, является условным переходом между Земным пространством и космическим. Первыми живыми существами, которые достигли подобной высоты (не считая бактерий, которые могли находиться на различных аппаратах, производивших суборбитальные полёты ранее) были плодовые мушки. 20 февраля 1947 года Соединенные Штаты во время испытаний захваченных немецких ракет «Фау-2» посадили животных на борт для изучения радиационного воздействия на них на больших высотах. За 3 минуты 10 секунд полёта плодовые мушки достигли высоты 109,44 километра и вернулись на Землю живыми.
С того времени между США и СССР разыгралась нешуточная гонка в исследованиях влияния космоса на живые организмы. Главными претендентами в испытуемые стали высшие млекопитающие — обезьяны и собаки. В итоге первым млекопитающим в космосе стала макака-резус Альберт II, запущенная NASA 14 июня 1949 года на высоту 134 километра. Обезьяна погибла при возвращении на Землю от удара. Альберт VI смог пережить приземление, но погиб практически сразу после спасения из капсулы. Обезьянам для запуска в космос приходилось колоть анестезию и ограничивать их в движении, что пагубно влияло на точность полученных данных.
Собаки же лучше поддаются дрессировке и легче переносят стресс, поэтому выбор советских учёных пал именно на этих животных. 22 июля 1951 года состоялся суборбитальный полёт собак Дезика и Цыгана на ракете «Р-1В». После приземления никаких физиологических изменений или отклонений у них обнаружено не было. Таким образом они стали первыми млекопитающими, которые побывали в космосе и вернулись оттуда живыми.
Всего через неделю, 29 июля 1951 года, состоялся полёт геофизической ракеты «Р-1Б», на борту которой находились собаки Дезик и Лиса. Дезика отправили в космос второй раз, чтобы проверить, как животное поведёт себя при повторной подготовке и старте. Однако ракета потерпела крушение и собаки погибли, став первыми жертвами советской космической программы. Именно после этого случая было принято решение разрабатывать систему аварийного катапультирования пассажиров из ракеты при возникновении аварийной ситуации. Все эти миссии были суборбитальными, как и все полёты животных в течение примерно десяти лет.
Настоящий орбитальный полёт
В массовой культуре есть распространённый миф о том, что первым животным в космосе была собака Лайка. Как мы теперь знаем, это не так. Тем не менее Лайка, запущенная в космос 3 ноября 1957 года на советском корабле «Спутник-2» с нового космодрома Байконур (на тот момент «Тюра-Там»), является первым животным на орбите Земли. Американские репортеры окрестили её Muttnik («Мутник») в качестве каламбура на «Спутник», первый искусственный спутник Земли, который Советский Союз запустил примерно за месяц до собаки. К сожалению, Лайка погибла вскоре после выхода на орбиту.
Стоит отметить, что к тому моменту ещё не было ни одного успешного возвращения из космоса обезьяны. Лишь 28 мая 1959 года макака-резус Эйбл и беличья обезьяна Бейкер смогли на баллистической ракете «Юпитер» подняться на высоту 483 километра (всё ещё суборбитальный полёт) и через 15 минут со старта вернуться на Землю живыми. Правда, Эйбл умерла во время операции по удалению электрода из-под кожи. А вот Бейкер прожил до 1984 года и умер от почечной недостаточности в возрасте 27 лет. Американцам нужен был этот успех, чтобы доказать, что космонавты программы «Меркурий» тоже смогут вернуться домой. Но в итоге и там СССР обогнал США и первым человеком, вышедшим в космос, стал Юрий Гагарин в 1961 году.
Но вернёмся к животным. 2 июля 1959 года на советской ракете «Р-2А» в космос вышел первый в истории кролик по кличке Серый. Он находился на борту вместе с собаками Отважной и Снежинкой, а также мышами и крысами (которых, кстати, уже также несколько раз отправляли в суборбитальные полёты, но историю этих запусков, к сожалению, проследить не удалось). Кролик был плотно загипсован с зафиксированной головой и шеей по отношению к туловищу. Это было необходимо для точной киносъёмки его глазного зрачка. Полученный таким образом материал свидетельствовал о снижении мышечного тонуса прямых мышц глаза в условиях полной невесомости.
Первыми же животными, побывавшими на орбите Земли и вернувшимися обратно, стали члены экипажа космического корабля «Спутник-5», который Советский Союз запустил 19 августа 1960 года. Самыми известными среди них являются собаки Белка и Стрелка. Также на борту находились сорок мышей, две крысы, несколько флаконов с плодовыми мушками и различные виды растений (а по данным NASA ещё и кролик). В течение суточного полёта животные сделали 17 оборотов вокруг Земли, а затем благополучно вернулись домой. Через некоторое время Стрелка даже родила шесть здоровых щенков. Именно этот полёт стал сигналом, что люди готовы запустить в космос человека и вернуть его живым и здоровым.
Удивительные достижения
Как уже говорилось выше, обезьян перед отправкой в космос обычно накачивали наркозом и жёстко привязывали к собственному месту. Однако в январе 1961 года космическое агентство NASA наняло двадцать медицинских специалистов и дрессировщиков животных, которые в течение трёх недель занимались с шестью шимпанзе на тренажёрах «Меркурия». 31 января обезьяна по кличке Хэм, которая лучше всех справилась с тренировками, дёргая нужные рычаги, чтобы получать банановые гранулы и избегать ударов током, полетела в космос на корабле «Меркурий-Редстоун-2». Шимпанзе стало первым животным, которое на самом деле взаимодействовало с космическим кораблём, а не просто летало в нём.
💡 Интересно, что в марте 1961 года на борту аппарата «Спутник-9» в космосе впервые побывали лягушки.
Первопроходцами изучения космоса, безусловно, являются СССР и США. Однако кое в чём тогда смогла выделиться и Франция. 18 октября 1963 года французский Учебный и научно-исследовательский центр авиационной медицины (CERMA) на ракете-носителе Véronique AG1 запустила в космос чёрно-белую кошку. Для контроля состояния кошки во время полёта ей в мозг были имплантированы электроды. Она провела в полёте примерно 15 минут, из которых 5 она находилась в состоянии невесомости, и поднялась на высоту около 160 километров. После приземления ей дали кличку Фелисетт и доставили в CERMA, где её изучали в течение двух-трёх месяцев, а затем усыпили для вскрытия. Она до сих пор является единственной кошкой, побывавшей в космосе.
22 февраля 1966 года, в рамках проекта подготовки длительного нахождения человека в космосе, на биологическом спутнике «Космос-110» в полёт отправились собаки Ветерок и Уголёк. Они пробыли на орбите Земли 22 дня, что стало рекордом для живых существ на тот момент. Впервые преодолеть этот рубеж удалось советским космонавтам лишь спустя пять лет (в 1971 году), и то из-за трагедии на станции «Салют», которую им пришлось чинить почти 24 дня. Тем не менее полёт Ветерка и Уголька до сих пор является рекордным по длительности для собак. Тогда учёные получили уникальные данные о длительном пребывании живых организмов в космосе. Собаки вернулись крайне измотанными, со стёртой до кожи шерстью и с пролежнями. Они не могли стоять на ногах и испытывали постоянную жажду. Однако через некоторое время их состояние вернулось к исходному.
15 сентября 1968 года на борту советского аппарата «Зонд-5» в космос отправились первые черепахи. Это были среднеазиатские (или степные) черепахи, которых часто содержат в квартирах в качестве домашних питомцев. Компанию им составляли мухи дрозофилы, мучные черви (личинки жука-хрущака), бактерии (культура кишечной палочки) и растения (в том числе хлорелла, традесканция с бутонами, лук и семена высших растений — пшеницы, гороха, ячменя, сосны, моркови, помидоров, горчицы). Все они стали первыми живыми существами, совершившими полёт к Луне.
«Зонд-5» добрался до нашего спутника, совершил один виток вокруг него и вернулся на Землю 21 сентября. Черепахи после полёта чувствовали себя отлично, а анализ данных показал, что «радиационные условия на исследованной трассе Земля — Луна — Земля при спокойном состоянии солнечной активности не являются опасными для человека». Интересно, что черепахам в итоге принадлежит 90-суточный рекорд пребывания животных в космосе. Это случилось в 1975 году во время полёта космического корабля «Союз-20».
Всё изменилось после полётов на Луну
После того, как 21 июля 1969 года американцы впервые высадились на Луне, начала меняться специфика космических миссий животных. Если до этого момента их использовали в основном в качестве подопытных живых организмов, чтобы изучить влияние тех или иных сил, чтобы максимально защитить человека от непредвиденных обстоятельств во время первых полётов, то после учёные стали задаваться вопросами не только о том, можно ли выжить в космосе, но и о том, как там могут процветать и развиваться различные формы жизни. Уже с начала 70-х годов советские и американские исследователи стали отправлять в полёты гораздо более разнообразные виды, включая медуз, лягушек и их яйца, пауков, амеб, различные микроорганизмы, водоросли и так далее.
Роль животных в космических исследованиях сменилась на то, чтобы помогать людям отвечать на вопросы, которые в противном случае они не смогли бы найти. Во время последующих полётов учёные изучали влияние микрогравитации на биологические функции земных существ (например, состояние мозга, поведенческие характеристики, сердечно-сосудистый статус, баланс жидкости и электролитов, метаболическое состояние, развитие тканей и спаривание в невесомости). Кроме того росли и требования к отношению к животным. Ведь в начале 60-х вообще особо не заботились о состоянии подопытных, а уже в 2004 году на сайте NASA появилась статья о том, что правила содержания животных стали более обширны, чем требования для центров дневного ухода за детьми.
Каких животных и почему учёные отправляли в космос после покорения Луны
9 ноября 1970 года две лягушки-быка были запущены NASA в космос на космическом аппарате Orbiting Frog Otolith-A. Миссия была разработана для исследования влияния космических полётов и невесомости на укачивание. Лягушки были выбраны, потому что их внутреннее ухо является удачной моделью человеческого, а факторы, вызывающие морскую болезнь у лягушек, те же, что у человека и других млекопитающих.
28 июля 1973 года двух садовых пауков по имени Арабелла и Анита использовали для изучения того, как отсутствие гравитации повлияет на их способность плести паутину. На борту орбитальной станции «Скайлэб» они провели в космосе 59 дней. Сначала паутина была неряшливой, поскольку пауки приспосабливались к окружающей среде. В итоге Арабелла сплела довольно симметричную паутину, но толщина нити была разной, что не встречается у паутины, сплетенной на Земле. Подобные эксперименты проводились вновь на Международной космической станции в 2008-м, 2011-м и 2020-м. Только в последний раз учёные наконец поняли, что пауки в космосе вместо гравитации используют свет для ориентации.
10 июля 1985 года на советском аппарате «Бион-7» в космос отправили десять тритонов. Их передние конечности были ампутированы, чтобы изучить регенерацию в космосе, чтобы лучше понять, как люди могут оправиться от космических травм. Также на борту было две макаки, на которых исследовали влияние пребывания в космосе на сердечно-сосудистую систему.
12 сентября 1992 года на борту шаттла «Индевор» в космос отправились шпорцевые лягушки. Целью исследования было изучение размножения и развития амфибий в космосе. Половина отложенной самками икры развивалась в условиях микрогравитации, а другая половина была помещена в нормальные условия. Все головастики вернулись на Землю живыми и здоровыми, но те, кто вырос в условиях микрогравитации, впоследствии утонули, потому что не различали верх и низ и не смогли сделать первый вдох легкими на поверхности воды.
17 апреля 1998 года стало понятно, что не все животные нормально развиваются в невесомости. Тогда была запущена миссия «Нейролаб», во время которой NASA отправила на борту космического корабля «Колумбия» более 2000 живых существ в 16-дневный полёт, чтобы помочь ученым узнать, как микрогравитация влияет на баланс, сенсорную интеграцию, сон, контроль артериального давления и развитие нервной системы. Семь членов экипажа шаттла также участвовали в экспериментах вместе с крысами, мышами, сверчками, улитками, рыбами и так далее. Тогда учёные узнали, например, что в отсутствие гравитации у сверчков не развиваются органы, помогающие им балансировать (вроде внутреннего уха у людей), как на Земле.
В сентябре 2007 года на российском космическом аппарате «Фотон М-3» в космос отправилась тараканиха Надежда. Она стала первыми животным, давшим потомство, зачатое в космосе. Родились тараканы уже на Земле. Они развивались нормально, а главной их особенностью был слишком рано потемневший хитиновый покров.
В 2012 году на МКС 100 дней провёл один из представителей пауков-скакунчиков. Он быстро приспособился к микрогравитации, но по возвращении на Землю ещё некоторое время падал на спину, когда прыгал.
21 января 2014 года автоматический грузовой космический корабль снабжения «Сигнус» доставил на МКС 800 дерновых муравьёв. Цель состояла в том, чтобы увидеть, как микрогравитация влияет на движения космических муравьев в поисках пищи. Благодаря полученным данным ученые и инженеры надеялись создать более умных роботов, которые смогут сами без команд людей совершать поиски. В целом некоторые модели поведения муравьев помогли в создании продвинутых алгоритмов перемещения роботизированных устройств.
В 2016 году учёные отправили на орбиту двенадцать мышей-самцов, чтобы изучить изменения в ДНК животных.
В июне 2021 года грузовая капсула SpaceX доставила на МКС куцехвостого кальмара. На Земле эти животные являются носителями микробов, которые позволяют кальмарам светиться в темноте. Согласно NASA, кальмар — лучшая модель для изучения того, как микробиом выдерживает космические перегрузки. Человеческий микробиом жизненно важен для таких процессов, как переваривание пищи. Исследования до сих пор продолжаются.
Условия и задачи нахождения животных в космосе со временем меняются, но они всё так же остаются ценными помощниками учёных в изучении различных процессов в условиях микрогравитации и невесомости, перегрузок и повышенного радиационного фона и так далее. В 2023 году, например, планируют отправить животных на Луну.