Способ поиска и обнаружения микроорганизмов космического происхождения Российский патент 2017 года по МПК G01N1/02 B64G4/00 

Изобретение относится к космическим технологиям, а именно к способам экспериментальных исследований в условиях космического полета.

Одной из кардинальных проблем современной науки и миропредставления является проблема происхождения жизни на Земле, что стимулирует поиск живого вещества предположительно космического происхождения как на поверхности Земного шара, так и в околоземном пространстве.

Для выбора средств и методов продуктивного исследования данной проблемы необходимо иметь в виду современные представления и гипотезы относительно возникновения и распространения живой материи.

Проблема происхождения жизни во Вселенной, в частности на Земле, стала научной дисциплиной, включающей как теоретические, так и операционально-экспериментальные исследования по двум основным направлениям: абиогенез и панспермия.

Гипотезы абиотического происхождения жизни базируются на работах, которые в середине 20-х годов прошлого столетия выполнил советский ученый А. Опарин. Однако все попытки биологов, начиная с Пастера, искусственно создать жизнь из неживой материи, оказались безуспешными. Поскольку в настоящее время не существует экспериментальных доказательств в пользу абиогенеза, вполне допустимо сосредоточить внимание на гипотезе панспермии. Предполагается, что «микроорганизмы-путешественники» могут быть занесены на Землю метеоритами, осколками комет или с частицами космической пыли из-за пределов Солнечной системы. Обнаружение микроорганизмов в местах с экстремальными условиями обитания заслуживает особого внимания с точки зрения их космического происхождения.

Критерием качества результатов в данной задаче является уровень приближения условий обитания искомых биообъектов к натурным космическим условиям. Этим определяется достоверность и полнота результатов и сделанных на их основе выводов и заключений.

Рассмотрим местоположения, в которых осуществляется поиск, по степени приближения условий в них к существующим в космическом пространстве.

Известны и практикуются репрезентативные способы поиска и обнаружения в следующих структурах:

Вечная мерзлота. Космическая гипотеза происхождения жизни получила поддержку при изучении биологии вечной мерзлоты. Показано, что во льду и замерзшем грунте микроорганизмы могут сохранять жизнеспособность длительное время. В мерзлых грунтах Ямала, Колымы, Аляски, Канады, возраст которых насчитывает три миллиона лет, было обнаружено огромное количество бактерий и других жизнеспособных организмов. Сюда относятся микробиологические исследования с целью выявления микроорганизмов-экстремофилов глубоко под слоем льда в сухих долинах Антарктиды (аналог) (http://space-my.ru/kosmicheskayteorya.html). В данном случае температурные условия могут быть признаны приближенно адекватными, но наличие окружающей воздушной среды и нормального атмосферного давления не позволяет считать такое приближение к космическим условиям достаточным.

Подледные озера. Еще одна возможность расширить и обогатить исследования в области живого вещества. Известно, что подледные антарктические озера, в частности, озеро Восток, в настоящее время рассматриваются в качестве аналогов внеземных ледовых условий, возможно существующих на полюсах или под поверхностью Марса, на спутниках Юпитера (Европа) или Сатурна (Энцеладус). Чрезвычайно интересны микроорганизмы, которые могут быть обнаружены под 4-километровым ледовом панцирем, изолированные от поверхностной среды в течение минимум 14 млн. лет, в свете их возможного космического происхождения (аналог) («Клеточные концентрации микроорганизмов в атмосферном и озерном льду керна Восток, восточная Антарктида». С.А. Булат, И.А. Алехина, В.Я. Липенков, В.В. Лукин, Д. Марш, Ж.Р. Пети. Микробиология, 2009, том 78, №6, с. 850-852).

В воде подледных озер или в донном иле может существовать обедненная по кислороду среда, но температура не опускается много ниже точки замерзания воды, а давление столба воды отдаляет условия от низкого давления космического вакуума, что не позволяет считать данную модель адекватной космическим условиям.

Тропосфера. Университет Вашингтона организовал наблюдения в высокогорных обсерваториях для изучения жизни микробов на этих высотах в атмосфере. Показано наличие в тропосфере всех основных разновидностей микробов, существующих в воздухе (http://reporter-ua.com, http://www.seiteclibrary.com/eng/catolog/pages/4327.html, http://www.com/view.cfm?StoryID=20021216-052639-6668, http://www.answersingenesis.org/news/space_life.asp, http://www.space.com/searchforlife/chandra_sidebar_001027.html).

Однако при воздействии физических условий в тропосфере на высоте 8-10 км в полярных областях, 10-12 км в умеренных, 11-18 км в тропических широтах, при температуре, которая снижается в среднем на 6°C/км (до -80°C), атмосферном давлении (до 1⋅10^-2 мм рт.ст.), наличии турбулентности показано, что обнаруженные микроорганизмы имеют земное происхождение.

Стратосфера. Исследования проводились Институтом астробиологии HACA с использованием воздушных шаров. Первое надежное подтверждение жизни в стратосфере было найдено в 2002 году на высотах 20-41 км ("Эксплорер"). Работы Индийской организации космических исследований с помощью стратостата выполнены на высотах до 25 км. Среди 12 видов бактерий были обнаружены три новых вида (http://reporter-ua.com, http://www.seiteclibrary.com/eng/catolog/pages/4327.html, http://www.com/view.cfm?StoryID=20021216-052639-6668, http://www.answersingenesis.org/news/space_life.asp, http://www.space.com/searchforlife/chandra_sidebar_001027.html).

В слое атмосферы высотой до 50-55 км наблюдается возрастание температуры от -40°C÷-80°C до близкой к 0°C, повышенное содержание озона, что не характерно для космического пространства. Несмотря на низкое давление остатков атмосферы, обитающие в этом слое на высотах до 40 км микроорганизмы имеют земное происхождение.

Ионосфера, экзосфера (слой рассеивания). Теоретически существует вероятность переноса космозоля из стратосферы в ионосферу с восходящей ветвью глобальной электрической цепи, а также занесение в околоземную ионосферу пылевых частиц из космического пространства под давлением света и осаждения их на поверхности космических аппаратов. Однако исследование поверхности приземлившихся аппаратов показало отсутствие микроорганизмов космического происхождения.

Таким образом, в космическом пространстве (выше 100 км) такая задача не решалась.

Прототип не обнаружен.

Задачей изобретения является обеспечение обнаружения биологических микроорганизмов космического происхождения или признаков и следов их существования.

Задача решается тем, что взятие проб выполняют с поверхностей геоорбитальной станции посредством стерилизованного и гермоизолированного на Земле пробозаборника, после чего последний гермоизолируют в вакууме и возвращают на Землю, при этом пробы берут на заданной геоцентрической орбите и в режиме орбитальной ориентации с поверхностей, обращенных к Земле и в зенит, расположенных против набегающего потока и вдоль потока, с участков поверхности геоорбитальной станции с различными материалами, фактурой и апертурой, на участках орбиты в апогее, перигее, в периоды равноденствия и солнцестояния.

В этой ситуации поверхность орбитальной станции (ОС) используется как сборник космической пыли, представляющая для подобных исследований широкие возможности и преимущества, а именно: полет по геоцентрической орбите, полет по гелиоцентрической орбите вместе с Землей, собственные развороты ОС, позволяющие воспринимать космические потоки с различных направлений. Присутствие и внекорабельная деятельность (ВКД) экипажа дает уникальную возможность для забора проб с внешней поверхности ОС, термоизоляции их в вакууме при выходе космонавтов в открытый космос и возвращения проб на Землю внутри КК "Союз". Таким образом, ОС становится научным инструментом, способом использования которого является космический полет и деятельность на борту космонавта-экспериментатора. Бесспорное преимущество такого подхода заключается в том, что забор проб можно выполнять в реальных условиях эксплуатации ОС, то есть в космическом пространстве.

Изобретение используется, например, следующим образом. В наземных условиях пробозаборник стерилизуют, помещают в стерилизованную полость, гермоизолируют и доставляют на орбитальную станцию. При выходе в открытый космос космонавт извлекает пробозаборник из полости, берет пробы-мазки мелкодисперсной среды с поверхности ОС, гермоизолирует пробозаборник в полости в условиях вакуума, затем пробозаборник возвращают на Землю для исследований.

Таким образом, решение задачи обеспечивается совокупностью признаков предлагаемого изобретения:

1. Высокая достоверность результатов обеспечивается взятием проб непосредственно в ионосфере, экзосфере и околоземном космическом пространстве.

2. Полнота результатов достигается набором мест взятия проб, где могут складываться отличающиеся условия обитания: на заданной геоцентрической орбите и в режиме орбитальной ориентации с поверхностей, обращенных к Земле и в зенит, расположенных против набегающего потока и вдоль потока, с участков поверхности геоорбитальной станции с различными материалами, фактурой и апертурой, на участках орбиты в апогее, перигее, в периоды равноденствия и солнцестояния.

3. При выборе участков поверхности для взятия проб необходимо учитывать возможность уноса мелкодисперсных космических осадков вместе с сублимацией материала поверхности. Например, взятие проб следует производить:

- с металлов, испаряемость и унос которых составляет не более 10^-7…10^-5 мм/год при температуре ±150°C;

- с изделий из пластических масс, унос которых составляет до 10% массы в год при температуре ±150°C.

Изобретение относится к исследованиям материалов методом проб в условиях космического полета с целью обнаружения микроорганизмов космического происхождения. Способ предусмативает взятие проб с поверхностей орбитальной станции посредством стерилизованного и гермоизолированного на Земле пробозаборника. После взятия проб последний гермоизолируют в вакууме и возвращают на Землю. Пробы берут на заданной геоцентрической орбите в режиме орбитальной ориентации станции с поверхностей, обращенных к Земле и в зенит, расположенных против набегающего потока и вдоль потока, с участков поверхности станции с различными материалами, фактурой и апертурой. При этом используют апогейный и перигейный участки орбиты в периоды равноденствия и солнцестояния. Техническим результатом изобретения является достижение полноты и повышение достоверности получаемых данных о космических микроорганизмах.

Способ поиска и обнаружения микроорганизмов космического происхождения, заключающийся в том, что выполняют взятие проб с поверхностей геоорбитальной станции посредством стерилизованного и гермоизолированного на Земле пробозаборника, после чего последний гермоизолируют в вакууме и возвращают на Землю, при этом пробы берут на заданной геоцентрической орбите и в режиме орбитальной ориентации, отличающийся тем, что пробы берут с поверхностей, обращенных к Земле и в зенит, расположенных против набегающего потока и вдоль потока, с участков поверхности геоорбитальной станции с различными материалами, фактурой и апертурой, на участках орбиты в апогее, перигее, в периоды равноденствия и солнцестояния.