Сибирский экспресс

Огород в космосе, "лунная" пшеница…

Человек обживает космос. Люди подолгу работают в космических кораблях на околоземных орбитах. Они высаживаются на Луне.

Автоматические станции исследуют далекие планеты, разведывая путь человеку. Приблизительно определено время, когда может состояться его полет к Марсу.

Осуществление подобных замыслов требует решения многих научно-технических проблем. Одна из них — и весьма существенная — жизнеобеспечение человека во время длительных и дальних космических полетов, а также пребывания на других планетах. Проще говоря, чем там люди будут дышать, что будут есть и пить.

Вероятнее всего, для этой цели потребуется создать замкнутую экологическую систему, включающую человека. Так подсказывает природа: все основные продукты питания создаются за счет биосинтеза.

Сама идея космического огорода или оранжереи не нова. Еще Циолковский говорил, что растения, поглощающие своими листьями и корнями нечистоты на Земле и дающие взамен пищу, могут работать для нас и в космическом путешествии.

Красноярск, естественно, не единственное место в СССР, где работают для будущих космических экспедиций. Но разве тот факт, что молодая сибирская наука и здесь вышла на передний край, не показателен сам по себе?

Постановку экспериментальных исследований в Красноярске задумал Киренский. Он нашел поддержку у Сергея Павловича Королева, Главного конструктора космических систем. Практическим организатором и руководителем дела стал Иван Александрович Терсков. Среди его сотрудников оказались Иосиф Исаевич Гительзон и Генрих Михайлович Лисовский.

Лисовский преподавал дарвинизм, увлекался селекцией. В 1963 году у него состоялся примечательный разговор с Киренским, давно присматривавшимся к нему:

— Переходите к нам, в науку!

— Но у вас же физики! А я агроном, в лучшем случае — эколог.

— Знаю. Хотите заниматься сельским хозяйством? Занимайтесь. Найдется дело и для вас. Будет польза науке и практике.

С Генрихом Михайловичем Лисовским я познакомился несколько лет назад. Найти с ним общий язык было легче, чем с некоторыми другими сотрудниками Института физики: агрономия и биология мне все же гораздо ближе, чем явления магнитного резонанса. Помогло и то, что в свое время я участвовал в создании первого документального фильма о полете Юрия Гагарина.

Группа красноярских биофизиков, биологов, химиков, математиков, конструкторов, врачей, в которую входили Гительзон и Лисовский, начала с теоретических проработок. Потом приступила к созданию установок, где бы живые организмы и автоматические устройства обеспечивали длительный непрерывный биосинтез. Для испытаний взяли одноклеточную зеленую водоросль-хлореллу. Она отлично использует свет, выделяя кислород и поглощая углекислый газ.

Постепенно, шаг за шагом, в цепочку опытов включили человека. Час, другой он дышал воздухом, который очищался хлореллой. Потом сутки. Двое суток. Наконец, в 1965 году впервые в мировой науке — две недели. Все это — с перерывами для тщательных исследований его состояния.

Хлорелла хорошо справляется с поглощением остатков жизнедеятельности человека. И не было бы ей цены, если бы она также помогала кормить его. Но пока не найден способ превращения белка, который синтезирует хлорелла, в пригодную человеку вкусную и здоровую пищу.

Тогда в систему ввели привычных наших кормильцев — высшие растения. Опыты оказались успешными. Красноярцы ознакомили с их результатами участников ряда международных астронавтических конгрессов.

Конгресс в Аргентине, созванный в 1969 году, оказался роковым для Леонида Васильевича Киренского. Он недомогал, тщетно пытался пересилить болезнь. На родную землю доставили гроб с телом ученого.

Опыты продолжили его ученики.

В 1973 году красноярцы докладывали астронавтическому конгрессу, работавшему в Баку, что в созданном ими герметизированном экспериментальном комплексе "Биос-3" люди провели не месяц, не два — полгода. Испытывались различные варианты биологических систем жизнеобеспечения. Один — пшеница и набор овощных культур. Второй — пшеница и хлорелла. Третий — овощи и хлорелла.

Подобные эксперименты ставились и в других странах, а также советскими научными организациями, в частности Институтом медико-биологических проблем. Однако красноярцам впервые удалось обеспечить в своей системе потребности человека в чистом воздухе, воде, а частично и пище исключительно с помощью высших растений.

Экспериментальный комплекс "Биос-3" я увидел вскоре после того, как его покинули люди. Представилась возможность без помех заглянуть внутрь. Стальной корпус был разделен на отсеки. Один — жилой, три — для опытов с различными биологическими системами жизнеобеспечения.

Отдельные комнатки с простой, без окраски и полировки, удобной мебелью напоминали корабельные каюты. Была и кухня, немного тесноватая; в ней — электрическая плита и большой холодильник. Был душ. В общем жить можно.

Лисовский показал мне отсек с культиваторами для хлореллы и фитотроны — отсеки, где во время эксперимента выращивался выведенный им короткостебельный сорт пшеницы, а также различные овощи. Конечно, никаких грядок. И вообще никакого грунта: питательный раствор.

Отсеки освещались светильниками с ксеноновыми лампами, свет которых наиболее близок к солнечному.

Пшеница и овощи выращиваются как бы "зеленой волной". На двадцати квадратных метрах фитотрона и совсем молодые всходы, и растения с созревающим колосом: четырнадцать возрастов одновременно. У овощей — шесть возрастов.

— А урожаи?

— Выше, чем на самых рекордных "земных участках". В десятки раз. Без этого не стоило бы и огород городить. Качество — безупречное. Испытатели сами собирали урожай, пекли хлеб, готовили овощные блюда. Сорока квадратных метров оказалось достаточно, чтобы полностью очищать воздух для трех человек, давать им примерно четверть рациона углеводов, шестую часть белков и витамины.

— Четверть… — Я был разочарован. — А остальное?

— Для начала — четверть. Остальное — особым образом приготовленные запасы продовольствия, схожие с теми, какие берут с собой космонавты. Будем стараться увеличивать долю "самоснабжения".

— Теперь: у вас лампы. А в полете? Или, допустим, в обитаемом космическом доме на Луне?

— Там — солнечный свет. Подумали и о Луне. Учли, что на спутнике Земли пятнадцать суток светлого дня чередуются с пятнадцатью сутками темной ночи. Экспериментально создавали такую же смену в земных условиях. После третьего-четвертого лунного "дня" собирали урожай. Не рекордный, но достаточный для столь необычных условий.

Пришли к осторожному выводу: способность пшеницы давать урожай зерна при лунных светопериодах может оказаться полезной в космической биологии. Другими словами: хлеб на Луне, если нужно, вырастим. И зерно для нового высева — тоже: всхожесть "лунных" семян проверялась.

А если выращивать пшеницу вообще без ночи, земной или лунной?

Первые опыты со светокультурой ставились уже около сорока лет назад. При непрерывном искусственном освещении, как показал эксперимент, пшеница не только чувствует себя отлично, но и созревает гораздо быстрее, чем при чередующихся днях и ночах. Однако некоторые овощи оказались "темнолюбивыми". Им требовались хотя бы укороченные "ночи".

Во время опытов со светокультурой Лисовский оставался и селекционером. Когда Генриху Михайловичу удалось получить шесть урожаев пшеницы в год, он от проблем космических вернулся к вполне земным. Светокультура открывала отличные возможности селекции: она могла на два-три года сократить выведение новых сортов.

Так рядом с фитотронами появилась УВР — небольшая установка ускоренного выращивания растений. Не только пшеницы, но и ячменя, гороха, льна, кукурузы. Этот ассортимент можно расширить. После государственных испытаний УВР рекомендовали к серийному производству. Селекционеры получили надежного помощника.

Среди организаторов эксперимента с "Биос-3" я уже упоминал Иосифа Исаевича Гительзона. У Киренского была способность находить людей, даровитых в науке.

Гительзон с разрывом всего в один год окончил два высших учебных заведения: Московский университет (заочно) и Красноярский медицинский институт. Ему не было тридцати, когда Киренский пригласил медика в только что организованный Институт физики.

Сегодня Иосиф Исаевич Гительзон — член-корреспондент Академии наук СССР. Его роль в разработке системы длительного жизнеобеспечения человека в космосе весьма значительна. Он успешно занимается и общими проблемами экологии, в том числе разработкой оригинального метода оценки растительных природных ресурсов суши и океана. Хочу упомянуть еще об одной области, увлекшей его.

На сини морских карт прочерчены маршруты путешествий сибирского ученого. Заведующий лабораторией в "сухопутном" городе, откуда до ближайшего моря свыше двух тысяч километров, изучает Мировой океан.

Программа исследований обширна. Она связана с изучением жизни глубин, касается многих общих экологических проблем. Лаборатория испытывает практическую ценность ею же созданных приборов для тонких и сложных наблюдений. Особая тема ученого — давно известное свечение морских организмов, природа которого, однако, до сих пор окончательно не выяснена.

Маршрутам красноярцев мог бы позавидовать любой мореплаватель. Япония, Гавайские острова, Маркизские острова, Фиджи, острова Россиян, Новая Каледония, Новая Британия, Австралия, Сингапур, Новая Гвинея — побережье, где работал некогда Миклухо-Маклай.

Иосиф Исаевич часто делит время между своей лабораторией и исследовательским судном, курсирующим в тропических водах Тихого океана. Обычно это были прославленный "Витязь" или "Дмитрий Менделеев".

В кабинетах лаборатории огромные раковины, кораллы, морские звезды. Мне шепнули, что дома у Гительзона шкура гигантской анаконды этой страшной змеи тропических лесов Южной Америки. Я спросил Иосифа Исаевича: правда ли?

— Приходите посмотреть, — предложил он.

Однако сам ученый и его сотрудники, также завзятые морские путешественники, считают наиболее ценными экспонатами… стеклянные баночки и пробирки с вазелиновым маслом. На свету — пробирки и пробирки, ничего особенного. Но во тьме они начинают излучать таинственный призрачный свет.

В пробирках — самая полная в стране коллекция "живого света", штаммов биолюминисцирующих бактерий.

Могут спросить — а ради чего их коллекционировать, зачем изучать? Зачем конструировать сложные приборы для океанографических исследований в поисках новых источников "живого света"?

Ответ Иосифа Исаевича Гительзона:

— Мы до сих пор недостаточно знаем природу излучения, исходящего из глубин живой матери. Не знаем достоверно механизма этого явления. Не знаем, что представляет собой "энергетическое хозяйство" живых клеток. С помощью электронного микроскопа нам впервые удалось установить свечение единичной клетки. Это лишь этап многолетних исследований в области, которую биофизики признают весьма трудной. Но в будущем мы видим возможность использования биологических принципов преобразования энергии для нового шага в технике. Современные источники света много теряют на бесполезное и даже вредное тепловое излучение. Лампы без тепла — какая это была бы экономия энергии! Пусть это не завтрашний, даже не послезавтрашний день — станем сегодня работать для будущего!

…Осенью 1979 года Международная тихоокеанская научная ассоциация созвала в Хабаровске свой очередной конгресс. Съехались представители Советского Союза, США, Японии, Филиппин, Канады, Индии, Австралии и многих других стран.

Организатором одного из симпозиумов, вызвавшего большой интерес зарубежных ученых, была лаборатория красноярского Института физики: она признана крупным центром изучения биолюминисценции, ведущим исследования на уровне новейших достижений мировой науки.

Мы вновь встретились с доктором биологических наук Лисовским после второго крупного эксперимента с "Биос-3", осуществленного четыре года спустя после первого. О нем немало писали у нас и за рубежом.

На этот раз затворничество добровольцев продолжалось 120 суток. Эксперимент усложнился. Из системы жизнеобеспечения была полностью исключена хлорелла. Остались пшеница и овощи в несколько ином наборе. Они снабжали "космический дом" кислородом, очищали воздух от углекислоты, давали людям воду.

Второй эксперимент доказал, что система "человек — высшие растения" может полностью удовлетворить обитателей дома растительной пищей. Полностью!

И все же снова "но". А животные белки, а мясо?

— Животное в космических условиях, если можно так выразиться, машина с невысоким коэффициентом полезного действия, — заметил Генрих Михайлович. — Ради двадцати процентов животного продукта в рационе надо в два с половиной раза увеличить посевные площади нашего комплекса. Можно, правда, скармливать животным те части растений, которые не съедает человек. Это даст не больше трети привычных человеку продуктов животного происхождения. Но, быть может, для начала это достаточная прибавка к вегетарианскому рациону?

В Красноярске начаты эксперименты с козами. Москвичи ставят опыты с домашней птицей.

Новый экспериментальный этап красноярцами намечен на 1981–1982 годы. Длительность пребывания человека в замкнутой системе жизнеобеспечения не главное. Ее сегодня можно довести до восьми месяцев, до года. Видимо, эксперимент должен стать итогом всей работы, которая велась в предшествующие ему годы, притом с учетом последних данных, полученных при биологических экспериментах непосредственно на борту орбитальных станций.

Я не стал расспрашивать о деталях: надеюсь, доживем — услышим. А вот о том, что он, Лисовский, еще и эколог — ему напомнил.

Генрих Михайлович рассмеялся: есть, мол, желание свернуть на модную тему? Но ответил серьезно. Да, всюду говорят об экологических проблемах. Беда в том, что тут бывает трудно прослеживать и прогнозировать явления. Многие выводы, в сущности, умозрительны. Далеко не все сопоставимо. Эксперименты на биосфере ставить трудно, да пугает и необратимость их результатов.

И вот мысль опять возвращается к замкнутым биологическим системам. Ведь в некотором смысле это модели биосферных явлений. На них в принципе можно, например, моделировать загрязненность, изменение состава атмосферы. Можно изучать регенерационные, восстановительные способности самой биосферы.

Получается, что экспериментальный комплекс способен работать еще как бы в двух направлениях. С одной стороны — ускоренное выведение новых сортов для земледелия, выращивание полярной ночью свежих огурцов где-нибудь у побережья Северного Ледовитого океана. Можно условно назвать это "приземлением" результатов "космического" эксперимента для практики растениеводства.

С другой стороны — возможность моделирования некоторых глобальных процессов в биосфере Земли.

— Но это, видимо, обойдется не дешево? — невольно вырвалось у меня.

— Да, дорого. Но все же дешевле биосферы…

Член-корреспондент Академии наук Терсков в числе прочих проблем занимается водородным биосинтезом.

Известно, что во многих странах мира ученые пытаются найти ключи к водородной энергетике. С конца пятидесятых годов возник интерес и к водородоокисляющим бактериям, способным синтезировать белок.

Для красноярцев это была сравнительно новая тема.

Сегодня получаемый в институте кормовой белок помогает росту цыплят на местной птицефабрике. Свиньи от его добавки хорошо прибавляют в весе.

На следующую пятилетку институт планирует программу создания на основе биосинтеза ценных пищевых и кормовых веществ.

Что за "сырье" у водородоокисляющих бактерий?

Им не нужны органические вещества.

Они довольствуются углекислотой и минеральными солями. Годится им газообразный водород из отходов некоторых производств. Можно выделять водород и при электролизе воды. Таким образом, электроэнергия, а позднее, возможно, и атомная энергия могут способствовать получению белка.

И вот что важно: биосинтез водородоокисляющих бактерий совершенно не загрязняет окружающую среду. Напротив, способен очищать ее, например, от топочных пазов. В "отходах" — только вода.

Водородный биосинтез перспективен для космических аппаратов, надолго лишенных солнечного освещения, однако имеющих достаточно мощные источники энергии. Но, как упоминалось выше, он сулит кое-что и грешной земле. Кто знает, может быть, белок, получаемый столь необычным образом, удастся использовать в кулинарии? А пока что его добавляют в пищу не только птицам, морским свинкам, собакам, но и обезьянам. Он хорошо усваивается организмом.

Задача решена лишь в полупромышленных условиях. Но, согласитесь, и это уже немало. Институтский микрозавод, возможно, станет прообразом высокопроизводительной индустрии белка.