Создать искусственные условия, имеющиеся на других планетах, и изучить жизнеспособность земных существ в этих условиях — задача, которая была разрешена только после возникновения космической биологии как самостоятельной науки. Эти исследования в основном были проведены с приборами, имитирующими условия на Марсе, и они должны были дать ответы на следующие вопросы.
1. Могут ли земные организмы сохранить жизнеспособность в этих условиях?
2. Влияет ли сложность организации живых существ на их устойчивость?
3. Существуют ли организмы, не только не погибающие, но и размножающиеся в этих условиях?
4. Как влияют на земные существа отдельные факторы и какие из них оказывают наиболее неблагоприятное влияние?
Исследования в этом направлении, в частности, должны были выяснить возможность размножения микроорганизмов в марсианских условиях, что в известной мере говорило бы о возможности существования жизни на Марсе.
Одновременно решался вопрос о возможности размножения земных микроорганизмов, попавших с космическими объектами на поверхность Марса. Последнее имеет непосредственное отношение к стерилизации космических объектов.
Описания основных особенностей устройства приборов «Искусственный Марс» в литературе совпадают, что легко объясняется необходимостью воспроизвести в приборе одинаковые физические и физико-химические условия. Конечно, следует оговориться, что по мере получения все новой и новой информации о Марсе с помощью космических объектов, пролетавших мимо Марса или опускавшихся на его поверхность, условия в приборах приходилось изменять.
«Искусственный Марс» представляет собою прибор со стеклянной камерой, в которой создаются марсианские условия. Прибор имеет программирующее устройство, изменяющее параметры условий внутри камеры.
Во-первых, происходят колебания температуры от +30 до —60° каждые 12 час., что соответствует половине марсианских суток. Эти колебания не должны быть резкими, они происходят постепенно. Очень удобным по техническим причинам оказалось помещение исследуемого материала на конец медного стержня, находящегося в стеклянной камере и обладающего большой теплопроводностью.
Во-вторых, в стеклянной камере с помощью насоса создается пониженное давление атмосферы, соответствующее марсианскому.
В-третьих, камера наполняется газовой смесью. В первых опытах она состояла из углекислоты, азота и аргона. Сейчас применяется смесь, состоящая в основном из углекислоты.
В-четвертых, земные организмы, подвергавшиеся действию марсианских условий, облучались ультрафиолетовыми лучами. Для облучения исследуемого материала наиболее целесообразно иметь в стеклянной камере небольшое окошко, сделанное из кварцевого стекла, пропускающего ультрафиолетовые лучи. Иногда общая доза ультрафиолетовых лучей, полученная изучаемыми объектами, за 3 недели достигала 33,6 *108 эрг/см2. Общее представление об устройстве всего аппарата в целом дает схема на рис. 17, а о внешнем виде прибора — рис. 18. В опытах ряда авторов облучение ультрафиолетовыми лучами не производилось.
В исследованиях с «Искусственным Марсом» исключительное значение имеет влажность атмосферы и субстрата, в котором находятся исследуемые объекты. В большинстве случаев исследовались самые различные микроорганизмы, но они находились в различных субстратах: плотной или жидкой питательной среде, на поверхности мембранных фильтров, в почве, измельченном минерале лимоните и т. д.
Если воспроизведение вышеперечисленных четырех условий не представляет трудностей, .то поддержание постоянной низкой влажности субстрата было исключительно сложным.
Ниже этот вопрос будет рассмотрен при изложении результатов экспериментальных исследований.
Краткие сведения об условиях и результатах опытов, имеющихся в литературе, приведены в табл. 8.
Эти данные позволяют сделать вывод о том, что многие микроорганизмы, в том числе различные бактерии и грибы, сохраняют жизнеспособность после пребывания в приборе «Искусственный Марс». В некоторых опытах их жизнеспособность сохранялась в течение 6—10 месяцев. Подавляющее большинство опытов было проведено при давлениях, значительно более высоких, чем на Марсе.
В ранее проведенных опытах в атмосфере преобладал азот, тогда как в действительности должно быть очень много углекислоты. Высшие растения переносят влияние марсианских условий только в тех случаях, когда опыт проводился при плюсовой или не очень низкой температуре. Условия, соответствующие марсианским, не пригодны для размножения простейших.
Изучение каждого в отдельности физического фактора или их комбинаций выяснило, что ультрафиолетовые лучи в дозах, действующих на поверхности Марса, являются абсолютно смертельными для всех изучавшихся микроорганизмов. Однако клетки микроорганизмов, покрытые даже очень тонким слоем измельченного грунта, полностью защищены от их действия. В экспериментах микроорганизмы были смешаны с грунтом, поэтому в большинстве опытов облучения исследуемых объектов ультрафиолетовыми лучами не проводилось.
Что касается колебаний температуры, состава атмосферы и пониженных давлений, имеющихся в «Искусственном Марсе», то они не оказывали губительного действия на исследованные микроорганизмы.
Значительно меньше данных имеется о размножении различных земных микроорганизмов в марсианских условиях. Как оказалось, фактором, лимитирующим рост бактерий, всегда является только низкая влажность атмосферы и субстрата. Поэтому опыты, в которых изучаемый объект находился в жидкой или очень влажной среде, представляют меньший интерес, так как такие условия на Марсе маловероятны.
Исследования в этом направлении были сопряжены с методическими трудностями. Если измельченный лимонит, содержащий 2% огородной почвы и клетки бактерий, имел влажность 3,0—3,8%, то при пропускании даже увлажненной атмосферы Марса, т. е. смеси из углекислоты и азота или аргона, происходило высушивание лимонита. Эта побудило поставить в камеру «Искусственного Марса» один бюкс с водой, а другой с раствором хлористого калия. В этом случае удавалось сохранить постоянную влажность лимонита, равную максимальной гигроскопической влажности, что соответствовала 3,8%.
Содержащиеся в лимоните клетки неспороносных или спороносных бактерий, выделенных из почвы пустыни, размножались при такой небольшой влажности субстрата, как 3,0—3,8%. Это относилось к Bacillus су-lindrosporus Mycococcus ruber, Mycobacterium smegmatis, Mycococcus oligonitrophilus, галофильному штамму Bacillus megaterium (рис. 19, 20, 21, 22).
По-видимому, способность размножаться при очень низких влажностях субстрата является наиболее характерной особенностью марсианских организмов, если они действительно существуют на Марсе. Именно поэтому особенное внимание было уделено почвенным ксерофитным бактериям, размножающимся при очень низкой влажности субстрата. Для этого изучались микроорганизмы, выделенные из почвы пустынь, Арктики.
Наиболее совершенной в методическом отношении явилась следующая методика. На дно пробирки наливался насыщенный раствор сернокислого калия. В пробирку помещалась маленькая пробирка, содержащая кусок предметного стекла продолговатой формы. На этом стекле находилась пленка агара, подсушенная после нанесения на нее взвеси клеток микроорганизмов. В дальнейшем воздух в пробирке заменялся «марсианской атмосферой», а затем в пробирке в результате откачивания снижали давление до 7 мм рт. ст. Пробирки запаивались и помещались в термостат при 30° (рис. 23).
Микроскопия и микрофотографирование посеянных вначале клеток микроорганизмов и аналогичные операции, проведенные через несколько дней, доказывали, что в этих условиях бактерии размножаются. Влажность пленки агара не превышала 3,8%, так как такая влажность устанавливается над насыщенным раствором сернокислого калия. Пользуясь той же методикой, вместо стеклянной пластинки в маленькую пробирку можно поместить измельченный лимонит и бактерии, а ее в свою очередь поместить в большую пробирку с насыщенным раствором сернокислого калия. После понижения давления и введения смеси газа пробирка запаивается. Эти исследования в области космической биологии позволили установить новые факты, представляющие интерес для почвенной микробиологии. Раньше обычно считалось, что даже ксерофитные бактерии могут размножаться только в почве, имеющей более высокую влажность.
На Марсе часты пылевые бури, и поэтому была сконструирована особая камера, в которой имитировались такие бури. Одновременно можно было изменять барометрическое давление, температуру, газовый состав атмосферы. Клетки Вас. cereus, Вас. subtilis, Е. coli, Serratia marcescens и Staph, aureus, находясь в результате вызванной искусственной бури во взвешенном состоянии с частицами почвы, подвергались действию ультрафиолетовых лучей (2400—2800 А). Чтобы получить марсианскую дозу, достаточно 55-минутное действие при дозе, равной 2,6 *104 эрг/сек-1. Быстрая гибель бактерий наблюдается при более высокой дозе 105—10е эрг/см-2
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com