Рыбы в космосе

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Полёты рыб в космосе  — серия биологических экспериментов над рыбами, проводимых на орбите Земли. Это часть экспериментов с животными в космосе, основная задача, которых определить влияние факторов космического полёта на рост, развитие, адаптацию, поведение живых организмов.

Рыбы — животные, которое проводят свою жизнь в воде в состоянии, похожем на космическую невесомость. Это состояние возникает в результате того, что сила Архимеда компенсирует силу тяжести. Изучение рыб позволяет установить какое влиянии оказывают другие факторы полёта, а также чем состояние погружения отличается от космической невесомости, и какое влияние эта разница оказывает. Кроме того зачастую рыбы являются хорошими модельными организмами для исследований разного рода.

Запуски[править | править код]

Виды рыб, летавшие в космос
Дата старта Дата приземления Космический аппарат Вид рыб Примечания
28 июля 1973 год 25 сентября 1973 год Скайлэб-3 Обыкновенный фундулюс (Fundulus heteroclitus)[1]
2 декабря 1974 8 декабря 1974 Союз-16 Данио-рерио (Danio rerio)[2]
15 июля 1975 21 июля 1975 Союз-19

(Союз — Аполлон)

Данио-рерио[3] Некоторые особи погибли в полёте.
15 июля 1975 24 июля 1975 Аполлон

(Союз — Аполлон)

Обыкновенный фундулюс[4]
25 ноября 1975 15 декабря 1975 Бион-3 Обыкновенный фундулюс[5] Эмбрионы.
25 ноября 1976 24 августа 1976 Союз-21/Салют-5 Данио-рерио,

Гуппи (Poecilia reticulata)[6]

15 сентября 1976 23 сентября 1976 Союз-22 Костистые рыбы[6]
29 сентября 1987 12 октября 1987 Бион-8 Гуппи[7] Не выжили после приземления.
8 июля 1994 23 июля 1994 Спейс Шаттл «Колумбия» STS-65 Японская оризия (Oryzias latipes)[8]
23 января 1998 31 января 1998 Спейс Шаттл Индевор STS-89 Меченосец

(Xiphophorus)[9]

17 апреля 1998 3 мая 1998 Спейс Шаттл «Колумбия» STS-90 Меченосец

Рыба-жаба (Opsanus tau)[10]

Двое из четырёх рыб-жаб погибли в полете из-за неисправности аквариума.
29 октября 1998 7 ноября 1998 Спейс Шаттл «Дискавери» STS-95 Рыба-жаба[11]
16 января 2003 Спейс Шаттл «Колумбия» STS-107 Пескарь (Gobio gobio)

Японская оризия[12]

Катастрофа. Все погибли при приземлении.
23 октября 2012 Союз ТМА-06М Японская оризия[13] Некоторые погибли в полёте[14].
19 апреля 2013 19 мая 2013 Бион-М №1 Мозамбикская тилапия (Oreochromis mossambicus)[15] Погибли в полёте.
27 июля 2014 HTV3/ МКС Японская оризия[16]
5 февраля 2014 Прогресс М-22М/ МКС Золотая рыбка (Carassius auratus)[17]
27 сентября 2014 23 ноября 2014 Союз ТМА-14М/ МКС/Союз ТМА-15М Данио-рерио

Японская оризия[18]

Рыбы[править | править код]

Фундулюсы[править | править код]

Два малька и 50 икринок обыкновенного фундулюса из семейства фундуловых стали одними из первых рыб в космосе. Фундулюсы распространены в Америке и использовались в основном в американских экспериментах. Этот вид известен своей выносливостью и способностью переносить колебания температуры от 6 до 35 °C и изменения солёности, что очень подходит для сложных условий космического полёта. Кроме того, их геном пластичен и внешний вид меняется в зависимости от среды, что хорошо для проведения наблюдений.

Основная цель экспериментов с рыбами этого семейства была в изучении развития эмбрионов. В рамках небольшого месячного полёта удалось пронаблюдать все стадии. В рамках как первого, так и последующих полётов никаких отклонений в развитии фундулюсов выявлено не было. В эксперименте на Бионе 3 были замечены все же отклонения, но при изучении контрольной группы рыбок на Земле было установлено, что причиной стала новая токсичная маркировочная лента[19].

В поведении же рыб сразу обнаружилась особенность. Рыбы первые три дня двигались петлями, выписывали восьмёрки, не зная, в какую сторону плыть, хаотично ориентировали своё тело в пространстве. На третий день рыбы плавали уже обычным образом, спиной к источнику света. Вылупившиеся в невесомости мальки изначально плавали так же, как их старшие представители, но когда аквариум встряхивали, их движение становилось петлеобразным. Внутреннее ухо рыб не связано с плавучестью и в космической невесомости не даёт информации о положении тела[20][21].

Данио-рерио[править | править код]

Этапы развития данио-рерио.

Данио-рерио — второй вид рыб побывавших в космосе. Этот распространённый в СССР как и во всем мире вид очень часто используют при изучении биологии развития. Эмбрион развивается быстро и проходит стадии от яйца до личинки всего за три дня, что подходит для краткосрочных полётов. Эмбрионы крупные, прозрачные и развиваются вне матери, что облегчает наблюдение за ними. Мальки тоже на ранних стадия развития прозрачны, что позволяет изучать структуру костей скелета и вымывание кальция из костей, которой наблюдается в космосе. Исследования никаких отклонений в развитии эмбрионов не выявляли. Кроме того данио-рерио часто используют в генетических исследованиях. Трансгенных данио-рерио, которые экспрессируют флуоресцентные белки внутри тела используются в исследованиях для получения трёхмерной визуализации различных тканей, скелета, мышц и сухожилий[22][23]. Такие эксперименты помогают в изучении мышечной дистрофии.

Однако, один из экспериментов, проводимых на миссии Союз-Аполлон закончился неудачно. В аквариуме с мальками рыб была закачана вода с кислородом на 10 дней. Для перехода из корабля Союз с воздушной средой в Аполлон с кислородной средой в стыковочном агрегате сбрасывалось давление, чтобы подготовить организм. Оно было сброшено с 760 до 550 мм ртутного столба. Из-за перепада давления аквариумы лопнули. Вода осталась в контейнере, но кислород весь вышел, рыбки погибли. А. А. Леонов в бортжурнале сделал запись[24]: 

«Как себя чувствуют рыбки? 
 -Хорошо, они все погибли»

Гуппи[править | править код]

Гуппи — самая популярная и неприхотливая аквариумная рыбка, но чувствительная к различным изменениям в окружающей среде. Хорошо изучена благодаря своей распространённости. Характерной особенностью гуппи является яйцеживорождение. В отличие от большинства других рыб, оплодотворение икры и развитие эмбриона происходит не во внешней среде, а в теле самки. В результате на свет появляется уже сформированный малёк. Это повышает шансы малька на выживание. В целях изучить эмбриональное развитие в космосе в варианте яйцеживорождения этих рыб и отправляли.

Рыба-жаба[править | править код]

Рыба-жаба, которая участвовала в экспериментах шаттла STS-90.

Более крупные рыбы рыбы-жабы отправлялись в космос на миссиях шаттла. Эти неприхотливые рыбы способны даже некоторое время пребывать вне аквариума. У рыб-жаб органы равновесия схожи с человеческими, при этом отолиты внутреннего уха рыбы способны расти, и этот рост зависит от среды обитания. По структуре отолитов можно было определить какие адаптивные изменения во внутреннем ухе происходят в невесомости. У данной рыбы важным критерием отбора была плоская форма рыла, благодаря которой на рыбе легко крепились датчики, которые проверяли скорость электрических сигналов рецепторов нервной системы на стимулы от вестибулярного аппарата[25].

В структуре внутреннего уха значимых отклонений не выявлено, но чувствительность была повышена в среднем в 3 раза. На Земле гиперчувствительность сохранялась в течение суток. На вторые сутки всё приходило в норму[26].

Японская оризия[править | править код]

Спаривание японских оризий в невесомости.

В условиях параболического полёта, где создаётся искусственная невесомость в течение короткого промежутка времени, было обнаружено, что одна из групп японских оризий вела себя обычно и не двигалась петлями, как это делают другие рыбы. Эта особенность поведения позволяла совершить некоторые эксперименты. В первых полётах с этой рыбой ставились эксперименты по нересту в невесомости, что успешно удалось осуществить. По сути японская оризия стала первым позвоночным, спаривавшимся в космосе[27]. В общей сложности во время первого эксперимента STS-65 оризии отложили 43 икринки, из которых в космосе вылупились 8 мальков и ещё 30 мальков вылупились в течение 3 дней после приземления. Двое мальков, родившихся в космосе, позже дали своё потомство. Скорость размножения космических рыб согласовывалась с показателями земных рыб в контрольных экспериментах[28].

Икринки и мальки оризии прозрачны, что позволяет наблюдать процесс развития эмбрионов, костей и мышц[29]. Геном рыбки оризии был расшифрован в 2007 году[30], и это позволило изучать экспрессию (активность) всех генов в космических и земных образцах. Что подтолкнуло исследователей к повторной отправке этих рыб. В некоторых экспериментах проводилась модификация генов, отвечающий за развитие костей, и наблюдалось изменения роста костной ткани и влияния гравитации на изменения структуры скелета и самих тканей[31]. Ранее считалось, что уменьшение плотности костей в невесомости наступает только через 10 дней, но у рыб это началось сразу же в первые дни полёта[32].

Аквариумы[править | править код]

Для рыб необходимо обеспечить особую среду обитания. В космосе это делается с помощью особых установок, резервуаров и аквариумов[33]

В миссиях Союз-Аполлон и Скайлэб рыбы находились в обычных пластиковых пакетах, наполненных водой и кислородом.

На шаттлах использовался герметичный бокс STATEX и его модификация STATEX 2. Внутри контейнера под давлением находилась контрольная центрифуга и дополнительное помещение для экспериментального оборудования.

Бокс ARF уже представлял собой универсальный контейнер, который мог располагаться в большом количестве экспедиций.

Для экспериментов с вестибулярным аппаратом рыб был разработан специальный аквариум VFEU. В нём используется система очистки воды и биорегенеративные системы[34].

Те же системы нашли применение в комплексе AAEU, но уже для стандартных экспериментов с размножением и развитием рыб.

Минимумодуль CEBAS уже представлял собой резервуар объёмом 8,6 литра и в нём реализовывалась закрытая биосфера.

Сейчас на МКС для экспериментов с рыбами используется Водная среда обитания (AQH) с полностью замкнутой биологической системой и автоматическим управлением и возможностью исследовать как рыб, так и их мальков в течение трёх поколений[16].

Примечания[править | править код]

  1. ↑ David Samuel Johnson. The First Fish in Orbit (англ.). Scientific American Blog Network. Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 28 февраля 2020 года.
  2. ↑ 40 лет первому полету космического корабля «Союз-16», созданного в рамках экспериментальной программы «Аполлон-Союз». gagarin.energia.ru. Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 28 февраля 2020 года.
  3. ↑ 40 лет со дня совместного полёта кораблей СССР и США (Программа "Союз-Аполлон"). gagarin.energia.ru. Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 28 февраля 2020 года.
  4. ↑ H. W. Boyd Scheld. Killifish Hatching and Orientation experiment MA-161. — 1976-02-01.
  5. ↑ Colin Burgess, Chris Dubbs. Animals in Space: From Research Rockets to the Space Shuttle. — Springer Science & Business Media, 2007-01-24. — 436 с. — ISBN 978-0-387-36053-9.
  6. ↑ 1 2 1977. epizodsspace.airbase.ru. Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 21 февраля 2020 года.
  7. ↑ КА «Бион» (12КС). astronaut.ru. Дата обращения: 29 февраля 2020. Архивировано 22 августа 2010 года.
  8. ↑ Fish mated and laid eggs in space. SpaceMedaka. Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 1 ноября 2020 года.
  9. ↑ D. Voeste, M. Andriske, F. Paris, H. G. Levine, V. Blum. An aquatic ecosystem in space // Journal of Gravitational Physiology: A Journal of the International Society for Gravitational Physiology. — 1999-07. — Т. 6, вып. 1. — С. P83–84. — ISSN 1077-9248.
  10. ↑ STS-90 Shuttle Mission Imagery. spaceflight.nasa.gov. Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 8 мая 2015 года.
  11. ↑ Don’t Drag Me Through the Mud: The Unusual Oyster Toadfish. the Maryland Coastal Bays Program.
  12. ↑ Raymond Romand, Isabel Varela-Nieto. Development of Auditory and Vestibular Systems. — Academic Press, 2014-05-23. — 563 с. — ISBN 978-0-12-408108-6.
  13. ↑ Denise Chow 27 July 2012. Next Space Station Crew to Try 'Fishy' Science (англ.). Space.com. Дата обращения: 29 февраля 2020. Архивировано 29 февраля 2020 года.
  14. ↑ Dina Spector. NASA Killed A Bunch Of Fish In Zero-G Experiments. Business Insider. Дата обращения: 29 февраля 2020. Архивировано 29 февраля 2020 года.
  15. ↑ Иван Чеберко. Роскосмос потерял контроль над спутником «Фотон-М». Известия (24 июля 2014). Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 28 февраля 2020 года.
  16. ↑ 1 2 Новости. Серия совместных российско-японских экспериментов «Аквариум-AQH». www.roscosmos.ru. Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 28 февраля 2020 года.
  17. ↑ Золотые рыбки, личинки комара и черви полетят на МКС. Interfax.ru. Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 28 февраля 2020 года.
  18. ↑ Effects of the gravity on maintenance of muscle mass in zebrafish (Zebrafish Muscle). The Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Дата обращения: 23 февраля 2020. Архивировано 16 сентября 2019 года.
  19. ↑ Cosmos 782. web.archive.org (15 февраля 2013). Дата обращения: 29 февраля 2020. Архивировано из оригинала 15 февраля 2013 года.
  20. ↑ Von Baumgarten, R.J.; Simmonds, R.C.; Boyd, J.F.; Garriott, O.K. "Effects of prolonged weightlessness on the swimming pattern of fish aboard Skylab 3". // Aviation, Space, and Environmental Medicine.. — 1975. — № 46. — С. 902–906.
  21. ↑ Hoffman, R.B.; Salinas, G.A.; Baky, A.A. "Behavioral analyses of killifish exposed to weightlessness in the Apollo-Soyuz test project". // Aviation, Space, and Environmental Medicine. — № 48. — С. 712–717.
  22. ↑ Experiment Details. www.nasa.gov. Дата обращения: 28 февраля 2020. Архивировано 23 мая 2019 года.
  23. ↑ Kristine Rainey. Zebrafish Flex Their Muscles Aboard the International Space Station. NASA (11 июня 2015). Дата обращения: 28 февраля 2020. Архивировано 16 апреля 2021 года.
  24. ↑ Рукопожатие в космосе: 40 лет стыковке "Союз-Аполлон". ТВ Центр - Официальный сайт телекомпании. Дата обращения: 29 февраля 2020. Архивировано 29 февраля 2020 года.
  25. ↑ NASA Studies Balance In Two Woods Hole Toadfish, A Senator, And Five Astronauts In Shuttle Mission (англ.). ScienceDaily. Дата обращения: 29 февраля 2020. Архивировано 29 февраля 2020 года.
  26. ↑ Richard Boyle, Reza Ehsanian, Alireza Mofrad, Yekaterina Popova, Joseph Varelas. Morphology of the Utricular Otolith Organ in the Toadfish, Opsanus tau // The Journal of comparative neurology. — 2018-06-15. — Т. 526, вып. 9. — С. 1571–1588. — ISSN 0021-9967. — doi:10.1002/cne.24429.
  27. ↑ K. Ijiri. Fish mating experiment in space--what it aimed at and how it was prepared // Uchu Seibutsu Kagaku. — 1995-03. — Т. 9, вып. 1. — С. 3–16. — ISSN 0914-9201. — doi:10.2187/bss.9.3. Архивировано 8 июня 2017 года.
  28. ↑ K. Ijiri. Development of space-fertilized eggs and formation of primordial germ cells in the embryos of medaka fish (англ.) // Advances in Space Research. — 1998-01-01. — Vol. 21, iss. 8. — P. 1155–1158. — ISSN 0273-1177. — doi:10.1016/S0273-1177(97)00205-6. Архивировано 29 февраля 2020 года.
  29. ↑ NASA - Fishing for Findings in Space Station Bone Health Study (англ.). www.nasa.gov. Дата обращения: 28 февраля 2020. Архивировано 18 декабря 2019 года.
  30. ↑ Masahiro Kasahara, Kiyoshi Naruse, Shin Sasaki, Yoichiro Nakatani, Wei Qu. The medaka draft genome and insights into vertebrate genome evolution (англ.) // Nature. — 2007-06. — Vol. 447, iss. 7145. — P. 714–719. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/nature05846. Архивировано 29 мая 2020 года.
  31. ↑ J. Renn, M. Schaedel, H. Elmasri, T. Wagner, R. Goerlich. The Japanese Medakafish (Oryzias latipes) as Animal Model for Space-related Bone Research (англ.) // cosp. — 2004. — Vol. 35. — P. 2742. Архивировано 29 февраля 2020 года.
  32. ↑ Masahiro Chatani, Hiroya Morimoto, Kazuhiro Takeyama, Akiko Mantoku, Naoki Tanigawa. Acute transcriptional up-regulation specific to osteoblasts/osteoclasts in medaka fish immediately after exposure to microgravity (англ.) // Scientific Reports. — 2016-12-22. — Vol. 6, iss. 1. — P. 1–14. — ISSN 2045-2322. — doi:10.1038/srep39545. Архивировано 29 сентября 2019 года.
  33. ↑ Howard Barnard. Animal Research Facilities - Space Biology (амер. англ.). Barnard Health Care (15 января 2020). Дата обращения: 29 марта 2020. Архивировано 29 марта 2020 года.
  34. ↑ S. Nagaoka, S. Matsubara, M. Kato, S. Uchida, M. Uemura. Water quality management for low temperature marine fishes in space // Uchu Seibutsu Kagaku. — 1999-12. — Т. 13, вып. 4. — С. 327–332. — ISSN 0914-9201. — doi:10.2187/bss.13.327.

Ссылки[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Рыбы_в_космосе&oldid=128470610