Оглавление
Введение 3
Адаптация микроорганизмов в космических условиях 5
Изучение наследственных свойств микроорганизмов 6
Изучение изменений структуры микробов 7
Время жизни микробов 8
Заключение 9
Список литературы: 10
Введение
Как известно, микроорганизмы представляют собой исключительно своеобразную форму организации живой материи. Их отличает беспрецедентная многочисленность, разнообразие форм, повсеместность распространения, обширность сфер взаимодействия со средой обитания и масштабность влияния на последнюю.
Поразительна жизнеспособность и пластичность микроорганизмов. Они встречаются в самых холодных, горячих, соленых и глубоких местах обитания на Земле. Они сохраняют жизнеспособность на высотах более 80 км, границы их распространения в океане достигают глубин 11 км, где давление составляет 1000 атм и более. Микроорганизмы обнаружены в шахтах на глубине 4 км, в пустынях, в самом соленом из озер – Мертвом море. Сохранение их жизнеспособности возможно в контурах ядерных реакторов, они способны выдерживать дозы радиации, летальные для других форм жизни. Существование микробов возможно при очень низких концентрациях питательных веществ, при температуре ниже –10 єС и выше +90 єС. Некоторые формы бактерий выдерживают температуру +150 єС в течение 30 мин.
Использование одноклеточных организмов в космических экспериментах вызывалось целым рядом причин, и прежде всего, конечно, тем, что в межпланетном пространстве могли обнаруживаться излучения, способные вызывать серьезные клеточные повреждения у животных. У высокоорганизованных животных такие отклонения могли и не выявиться, так как целостный организм способен компенсировать скрытые клеточные повреждения. Вместе с тем возникает и другая, не менее важная в практическом и теоретическом отношении проблема — влияние космического излучения на наследственность.
Микроорганизмы обладают большим диапазоном чувствительности к ионизирующей радиации, начиная от одного до нескольких тысяч рентген. Это позволяет изучить биологическое действие самых различных доз космического излучения, с которыми мог бы встретиться космонавт во время полетов по заданной орбите. В опытах на кораблях-спутниках в качестве биологических объектов, реагирующих только на очень большие дозы ионизирующей радиации, были использованы различные виды микробов, такие как кишечная палочка, стафилококк, палочка маслянокислого брожения и другие.
Адаптация микроорганизмов в космических условиях
Освоение космического пространства ставит перед человечеством много проблем. Одна из них, о которой мало известно - это мир микробов, заселяющих космический корабль. Именно микроорганизмам принадлежит абсолютный рекорд длительности пребывания в космосе. Именно они не просто живут на орбитальной станции, а развиваются, приспосабливаясь к условиям полета, обзаводятся потомством. Чем больше времени функционируют космические объекты, тем больше становится космических долгожителей - бактерий и микроскопических грибов. В настоящее время, по данным российских ученых, их насчитывается более 250 видов.
Большой интерес к адаптации микроорганизмов к экстремальным условиям вызван поисками жизни на других планетах. Наиболее подходящая для существования на ней жизни планета Марс отличается суровыми условиями с земной точки зрения: низкими температурами, которые периодически поднимаются выше точки замерзания воды и чрезвычайной сухостью. Единственными сравнимыми с Марсом условиями на Земле являются сухие долины Антарктики. И здесь обнаружены бактерии. Знания границ жизни на Земле чрезвычайно важны, так как по ним можно составить представление о физических и химических пределах, в которых жизнь могла возникнуть не только на нашей, но и на других планетах.
Если же говорить о возможности микроорганизмов заселять космические орбитальные станции, то здесь она практически не имеет границ. Ведь искусственная среда обитания, создаваемая и поддерживаемая в космическом объекте, является комфортной для человека и уж тем более для большинства известных микроорганизмов, которые не столь прихотливы в выборе условий жизни.
Источниками поступления микроорганизмов в среду обитания космического объекта являются как космонавты, так и различные грузы – оборудование, расходуемые материалы, постоянно доставляемые на борт.
Чем же чреват этот процесс для безопасности космических полетов? На самом деле положение очень серьезное. Во-первых, при снижении иммунитета человека некоторые микроорганизмы, безвредные при других обстоятельствах, могут выступать в роли агентов инфекции и аллергенов. Но есть еще один аспект этой проблемы. Это – установленная способность многих бактерий и особенно плесневых грибов вызывать биопомехи в работе различной аппаратуры, повреждать конструкционные материалы, в том числе синтетические полимеры, провоцировать коррозию металлов.
В настоящее время мировой ущерб от микробиологических повреждений только полимерных материалов превышает 2 % от объема промышленной продукции. Для космических орбитальных станций с учетом сроков их функционирования и требований по обеспечению надежности и безопасности их эксплуатации эта проблема стоит очень остро.
Различают два основных типа агрессии микроорганизмов в отношении конструкционных материалов: “прямое воздействие”, т. е. ферментативное разложение материалов с использованием их в качестве источника питания и “косвенное воздействие” - рост на загрязнениях, попадающих на поверхности материалов, с выделением продуктов жизнедеятельности, например, органических кислот. Ярким примером “косвенного воздействия” является повреждение сверхпрочного кварцевого стекла иллюминатора. Микроорганизмы, конечно же, не используют его в качестве питательного субстрата, но растут на его поверхности за счёт липидной плёнки, конденсата атмосферной влаги и прочих загрязнений, но при этом, выделяя продукты метаболизма, нарушали его оптические характеристики.
Изучение наследственных свойств микроорганизмов
Развитие организмов в космосе и на земле существенно отличается. Так, например, оказалось, что кишечные палочковидные бактерии сальмонеллы в космосе становится менее активными.
Ученые из Центра наук здоровья Туланского университета провели эксперимент, с целью изучения наследственных изменений пивоваренных дрожжей на борту космического аппарата Шатл.
Клетки пивоваренных дрожжей являются удобной моделью для исследования, они хорошо изучены и безопасны. Более того, ДНК пивоваренных дрожжей сопоставима с простым микроскопическим грибом (protozoans).Плюс ко всему, геном этих дрожжей относительно прост, что делает его привлекательным для исследований.
Предварительные исследования на дрожжевых грибках проводились в центрифуге. По замыслу экспериментаторов свободно падающая в медленно вращающейся жидкости культура грибка находится в условиях, близких к невесомости. Результаты экспериментов показали, что изменения структуры дрожжевых грибков, которые выросли на борту космического аппарата Шатл, сопоставимы с изменениями структуры в искусственных условиях.
Нарушения в цепи ДНК последовательности нуклеотидов приводят к мутациям – наследственным изменениям. Изменение наследственных признаков и специфических форм обмена веществ позволит выявить механизм влияния конкретных участков ДНК на жизнедеятельность микроорганизмов в космосе.
Наследственные свойства бактерий, в частности кишечной палочки К-12, были детально изучены еще в лабораторных условиях с помощью тончайших методов микробиологии. Они позволяют выявить бактериальные клетки с патологически измененной наследственностью под влиянием больших доз ионизирующей радиации (порядка нескольких тысяч рентген и больше). Если даже в зонах орбит движения космических кораблей не будет такого мощного радиационного воздействия, ученые все равно должны учитывать возможности влияния энергии и проникающей способности отдельных компонентов космической радиации.
Изучение изменений структуры микробов
Для изучения возможных изменений в структуре бактериальной клетки под влиянием факторов космического пространства были использованы новейшие методы, в частности техника ультратонких срезов бактерий и их электроноскопическое исследование. На спутниках находились и высокочувствительные бактерии — так называемые лизогенные, способные реагировать на малые дозы ионизирующей радиации (до 1 рентгена) путем образования и выделения бактериофагов. Под влиянием даже небольших доз рентгеновского или ультрафиолетового облучения лизогенные бактерии приобретают способность к повышенной продукции бактериофагов. С помощью специальных методов можно затем точно определить число пораженных бактерий, образующих эти фаги.
Так устанавливается наследственная реакция бактерий в ответ на действие внешних факторов. Вот почему эта модель была использована в качестве биологического индикатора, по которому можно судить о вредности и генетических последствиях радиации в малых дозах во время пребывания живого существа в различных зонах космического пространства.
Время жизни микробов
Как долго могут существовать клетки при космических полетах? Для ответа на этот вопрос были разработаны и сконструированы специальные малогабаритные автоматические приборы — биоэлементы. Они были установлены на космических кораблях и автоматически регистрировали основные функции жизнедеятельности бактерий и при необходимости передавали на Землю радиосигналы о состоянии этих мельчайших живых существ. В автоматических биоэлементах микробы могут находиться в космосе в течение практически любых сроков полета ракет — месяцы, годы, десятки и более лет. По истечении заданного срока можно включить приборы, и тотчас же будут переданы на Землю сведения, которые могут точно характеризовать биологическую активность микроорганизмов. Живые существа микроскопических размеров не требуют большого запаса питания и поэтому являются очень удобной моделью для космической биологии.
Заключение
В настоящее время для повышения эффективности существующей системы обеспечения микробиологической безопасности пилотируемых космических полетов учёные решают ряд прикладных задач, важнейшими из которых являются следующие: разработка адекватной методики и стандарта для аттестации материалов на микробиологическую устойчивость; отработка методов модификации поверхности материалов, обеспечивающих их защиту от воздействия микроорганизмов (придание гидрофобных и биоцидных свойств); создание бортовых инструментальных методов раннего выявления и диагностики микробиологических повреждений. Решение этих задач позволит обеспечить благоприятную экологическую обстановку на Международной космической станции в течение длительного срока.
Как видно, вопрос адаптации микроорганизмов в космосе на сегодняшний день активно изучается, и способен, по-видимому, привнести большой вклад не только в развитие космонавтики и смежных наук, но и в ряд областей микробиологии и генетики, так как, возможно, в условиях космоса протекание таких физиологических и наследственных процессов в микроорганизмах, которые невозможны или затруднительны на Земле.
Список литературы:
1. Адаптация микроорганизмов в экстремальных условиях космоса [Электронный ресурс]: реферат – Режим доступа: http:///
2. Микробы в космосе // Отделение науки. – НАСА, 2003. – 63 с.
3. Системы микробиологического контроля воздушной среды : Учеб. пособие / , . – Л. : Ленингр. электротехн. ин-т, 1981. – 98 с.
4. изнь микробов в экстремальных условиях / Д. Кашнер, Д. Баросс, Р. Морита. – М., 1981. – 158 с.
5. Внеклеточные факторы адаптации бактерий к неблагоприятным условиям среды / Журнал «Прикладная биохимия и микробиология», 2004, том 40, № 4, с. 387-397.
6. Длительные космические полеты человека и проблемы микробиологической безопасности [Электронный ресурс]: электрон. изд. // ИМБП РАН, 2001. – Режим доступа: imbp.
7. Поиск микроорганизмов в космосе // – Киев Наук. Думка. – 1983. – 2-е изд. – 112 с.
8. Микроорганизмы в космосе [Электронный ресурс]: научно-популярная литература – Режим доступа: http:///
