Як вчені навчають креветок їсти в мікрогравітації для майбутніх місячних баз

Японські науковці з Університету Окаями вперше системно вивчили, як креветки поводяться під час годівлі в умовах, наближених до мікрогравітації. Результати експерименту, опубліковані в журналі Microgravity Science and Technology, свідчать, що ракоподібні можуть стати частиною харчового ланцюга на майбутніх місячних базах.

У довготривалих космічних місіях постачати свіжу їжу з Землі надзвичайно складно. Аквакультура в космосі могла б стати джерелом білка, але досі про поведінку водних організмів у невагомості було відомо дуже мало. Дослідження японських учених робить перший крок до заповнення цієї прогалини.

Як моделюють мікрогравітацію на Землі

Більшість наземних експериментів з мікрогравітацією проводять у падаючих камерах або під час параболічних польотів — обидва методи дають лише кілька секунд справжньої невагомості й не підходять для тривалих спостережень. Міжнародна космічна станція є альтернативою, але доступ до неї надзвичайно дорогий, а вільне місце для додаткових експериментів обмежене. Тому дослідники звернулися до кліностата — спеціальної камери, яка швидко змінює орієнтацію вмісту, імітуючи окремі ефекти мікрогравітації.

Звичайні кліностати обертаються повільно — 10–25 обертів на хвилину. Рухлива тварина в такому апараті встигає переорієнтуватися до гравітаційного поля Землі, що зводить нанівець ефект «мікрогравітації». Тому вчені створили кліностат, який обертається зі швидкістю близько 130 обертів на хвилину (понад два оберти на секунду). За такої частоти складні організми, як-от креветки чи риби, не встигають пристосуватися до змін гравітації, і це дає змогу домогтися справжньої псевдоневагомості.

Як поводилися креветки під час експерименту

У новому швидкісному кліностаті дослідники розмістили тигрових креветок (kuruma shrimp) у спеціальному контейнері з цифровою камерою та освітленням. Протягом 15 хвилин імітації мікрогравітації вчені спостерігали за тим, як креветки намагаються їсти. Активне обертання спричинило сильне перемішування води, яке створило внутрішній потік зі швидкістю приблизно 0,15 м/с. Щоб утриматися на місці, креветки чіплялися за пластикову сітку, розміщену в контейнері. Вони споживали лише ті гранули корму, що з’являлися просто перед ротом, а не полювали активно, як у звичайному середовищі.

Вирішальним спостереженням стало те, що коли потоки води припинялися, креветки починали їсти найефективніше. Науковці застерігають: важко визначити, чи обмежена годівля була пов’язана з мікрогравітацією, чи з рухом води. Однак той факт, що активність помітно зростала після зупинки води, свідчить: креветки дійсно здатні свідомо харчуватися в умовах невагомості.

Дослідники не обмежилися спостереженням за поведінкою. Групу креветок піддавали 24-годинній імітації мікрогравітації, після чого провели аналіз експресії генів (Gene Ontology analysis), порівнюючи їхню РНК із контрольною групою, яка залишалася в нормальній гравітації. Виявили чіткі зміни в генах, що контролюють метаболізм хітину, а також у генах, які регулюють розвиток кутикули. Оскільки ці характеристики безпосередньо пов’язані з локомоцією та екзоскелетом креветок, результати вказують на те, що мікрогравітація впливає на рухи тварин навіть на біологічному рівні.

Артемії — ідеальні кандидати для тривалих експериментів

Оскільки тигрові креветки досить великі й складні для статистично значущих випробувань, учені провели додатковий експеримент з артеміями (Artemia), відомими як морські мавпочки. Їх безперервно обертали в кліностаті протягом чотирьох днів. Протягом цього часу артемії успішно харчувалися водоростями, продукували відходи та помітно збільшувалися в розмірах. Іншими словами, вони цілком нормально жили в умовах імітації мікрогравітації без видимих негативних наслідків.

Не всі експерименти були повністю успішними. Спочатку дослідники хотіли також зібрати дані про рибу, але камери не впоралися із завданням, тому результати статті обмежуються безхребетними. Це відкриває велику можливість для подальших досліджень. Паралельно тривають інші проекти: програма Lunar Hatch має на меті доставити запліднену ікру риб на Місяць, а SpaceGenFish розробляє повністю автоматизовану аквакультурну систему для роботи на МКС. Загалом для того, щоб аквакультура стала надійним джерелом свіжого м’яса для космонавтів, потрібно ще багато досліджень. З огляду на успіх наземного експерименту та підтримку космічних програм, дослідники впевнені, що про морських мавпочок у космосі ми почуємо ще не раз.