Ученые намерены наполнить искусственного «космонавта» настоящей кровью и имитацией живых тканей — и подвергнуть его воздействию радиации. Несчастный манекен послужит науке, показав, чем может быть чревато космическое излучение для человека, и как избежать связанных с ним опасностей.
В 1972 г. астронавты корабля Apollo чудом избегли опасности, которая вполне могла оказаться смертельной. 2-го августа на Солнце зажглась очень крупная вспышка, которая продолжалась дольше недели, выбросив в пространство рекордные количества излучения. Путешествовавших к Луне астронавтов спасла чистая случайность: 16-я миссия Apollo недавно закончилась, а 17-я только готовилась к запуску. До сих пор ученые не знают, что именно произошло бы, если б один из кораблей был в это время в пути и испытал бы воздействие той мощной вспышки — и тем более, что было бы, если б в это время астронавты были уже на Луне.
А знать это необходимо. Сегодня, когда ведущие космические державы активно готовятся к пилотируемой миссии на Марс, а NASA планирует возведение лунной обитаемой базы, людям надо быть готовыми ко всему, что может ожидать их в этих длительных и далеких экспедициях. Там, где защитный кокон земной магнитосферы уже не будет эффективно прикрывать их, надо найти другие способы обороны. Но для начала нужно максимально подробно узнать о противнике — космической радиации.
Важнейшими помощниками в том выступают манекены, имитирующие строением и плотностью человеческое тело. Их то и дело подвергают самым тяжким испытаниям, чтобы лучше понять, как именно воздействует радиация на наш организм. О главных манекенах — Матрешке и Фреде — и об их путешествии на орбиту мы уже рассказывали в заметке «Мумии».
Но полетом на МКС работа манекенов не ограничится. Скоро Матрешке предстоит новое испытание, уже на Земле, в американской Брукхэвенской национальной лаборатории (BNL). Здесь, в Лаборатории космической радиации его подвергнут искусственному облучению пучком протонов, чтобы узнать, что могло бы случиться с астронавтами в 1972 г. «Надо узнать, — говорит ученый из NASA Фрэнсис Качинотта (Francis Cucinotta), — насколько близко это к воздействию сильного кратковременного излучения».
«Кратковременность» подразумевает, что облучение длится минуты, максимум — часы, в отличие от «хронического облучения», не столь сильного, но куда более длительного (недели и месяцы), того, которому космонавты постоянно подвергаются на орбите. В случае хронического облучения организм все-таки обладает достаточным временем (и ресурсами) для того, чтобы восстанавливаться — заменять поврежденные клеточные органеллы, репарировать ДНК — но сильное кратковременное облучение не дает этой возможности. «В этом случае, — продолжает Фрэнсис Качинотта, — биологические эффекты весьма сильно зависят от дозы. И та же доза, полученная за короткий период, куда более опасна, чем если она получена, скажем, в течение нескольких дней».
Впрочем, событие августа 1972 г. не совсем попадает в разряд «сильного кратковременного». По сути, тогда случилась целая серия солнечных вспышек, которые одна за другой породили потоки радиации. В совокупности получилось куда более длительное воздействие, чем это положено — его нельзя отнести ни к кратковременному, ни к хроническому. А в этой области детальная информация о том, как именно доза излучения воздействует на организм, какие ее количества достигают каких органов и т.д. — могут оказаться особенно важными. Именно поэтому и понадобился манекен.
Матрешка — пластическая модель человеческого тела в натуральную величину (только голова и торс). Плотность ее очень близка к плотности тканей и органов нашего организма, а вся поверхность (и отдельные внутренние части, соответствующие расположением важнейшим органам) усеяны датчиками радиации. Теперь же к этому добавляется и кровь.
«Мы поместим клетки крови в небольшие трубочки и установим их в разных частях манекена — в животе и местах, соответствующих костному мозгу (именно здесь идет гемопоэз — развитие клеток крови — и именно костный мозг особенно чувствителен к радиации — ПМ), — говорит Фрэнсис Качинотта, — Некоторые из клеток будут довольно близко к поверхности, а другие будут несколько защищены слоем «тканей»».
Клетки крови будут самыми натуральными, что позволит исследователям оценить реальное воздействие излучения на их ДНК. Именно для генома клеток особенно опасно излучение, состоящее из сравнительно тяжелых протонов: на большой скорости соударяясь с молекулой ДНК, частицы буквально разбивают ее на фрагменты. В обычных обстоятельствах клеточные механизмы репарации ДНК вполне эффективно восстанавливают повреждения. Но когда их слишком много, эти инструменты перестают справляться со своей задачей. В лучшем случае, в клетке включатся системы апоптоза, запрограммированного самоуничтожения клетки. В худшем — клетка «сойдет с ума» и превратится в зародыш прогрессирующей раковой опухоли.
Что именно и с какой частотой будет происходить, ученые как раз и намерены выяснить в ходе экспериментов, когда бедную Матрешку будут облучать пучком протонов диаметром в 60 см. Энергия излучения будет варьироваться, чтобы сымитировать весь энергетический спектр протонов, имеющихся в излучении от солнечной вспышки. Впрочем, манекен куда «прочнее» живых космонавтов. Он легко выдержит целую серию последовательных экспериментов без каких-либо побочных эффектов. Небольшое переливание крови — и манекен снова будет готов служить человечеству.