Аквариум

Основной целью эксперимента «АКВАРИУМ» является исследование влияния факторов космического полёта на устойчивость модельной замкнутой экологической системы и входящих в нее звеньев (растений и животных) в условиях микрогравитации. В перечень задач, которые должны решаться в этом эксперименте, входят и задачи по исследованию гетеротрофного звена биологической системы жизнеобеспечения в условиях КП. 

Получение данных о возможности длительного хранения покоящихся форм животных организмов (яйца низших ракообразных) и определения их способности к реактивации после экспонирования в условиях космического полета.

Совместный российско-японский эксперимент «АКВАРИУМ-AQH», который является этапом КЭ «АКВАРИУМ», дает возможность провести изучение водных гетеротрофных организмов в условиях КП, тем самым, решить часть задач, поставленных в КЭ «АКВАРИУМ», включая исследование полного цикла процесса онтогенетического развития и органогенеза у водных гетеротрофных организмов в условиях КП.

Начиная с июля 2005 года (МКС-11) по июнь 2007 г. (МКС-16) эксперимент «Аквариум» «Исследование устойчивости состояния модельной замкнутой экологической системы и звеньев, в нее входящих, в условиях микрогравитации» выполнялся с использованием оборудования «Аквариум» и «Растения». За этот период было выполнено 5 сеансов эксперимента по исследованию биологического покоя как одного из распространенных способов адаптации к ухудшению среды обитания у многих видов животных и растений, обитающих в флюктуирующих условиях среды. У водных организмов этот вид адаптации особенно хорошо развит, что позволяет им переживать летальные для активных стадий условия среды на протяжении от нескольких месяцев до сотен лет, а иногда и гораздо дольше. Такая адаптация водных организмов может представлять значительный интерес для разработки биотехнологий длительных перевозок, как целых экосистем, так и их элементов при долгосрочных космических полетах. Криптобионтные стадии микробов, грибов, водорослей и других низших организмов могут выживать в условиях открытого космоса, что представляет серьезную проблему, как для организации межпланетного карантина, так и для биологической безопасности внутри самого корабля. Поиск внеземной жизни на планетах с суровым климатом, таких как Марс, также должен опираться на исследования биологического покоя, как необходимого элемента жизненных циклов биологических существ обитающих в этих условиях.

На данном этапе ведутся лабораторные исследования биологического материала, полученного при проведении экспериментов «Аквариум» в период 11-14 основных экспедиций на МКС. 

В настоящее время работы по наземной подготовке к реализации совместного российско-японского космического эксперимента по изучению рыб в условиях космического полета на борту Российского сегмента и Японского экспериментального модуля Kibo на МКС «АКВАРИУМ-AQH» целью которого является изучение всех этапов процесса онтогенетического развития и органогенеза у водных гетеротрофных организмов (рыбы медака) в условиях космического полета, а также изучение влияния агравитационной среды на их поведенческие реакции для решения вопросов фундаментальной биологии и создания систем жизнеобеспечения экипажей пилотируемых космических комплексов.

Исследования по постепенному включению новых звеньев для коррекции возникающих дисбалансов в ограниченной по объему и структуре микроэкосистеме в условиях космического полета ранее не проводились.

В период экспедиций МКС-11 - МКС-16 для реализации эксперимента использовалась укладка «Растения» и пакеты «Экспозиция». 

Проведение эксперимента «Аквариум-AQH» планируется на АС МКС в японском модуле Kibo в аквариуме JAXA Aquatic Habitat (AQH), который установлен в стойке полезной нагрузки Multi-Purpose.

Для проведения этапа эксперимента «Аквариум-AQH» должен быть разработан и доставлен на МКС комплект АКВАРИУМ-AQH в составе:

1. Укладка AQH-LTC содержит транспортный контейнер для доставки живых рыб на МКС.

2. Укладка AQH-RTC содержит транспортный контейнер для возвращения живых рыб на Землю после проведения космического эксперимента.

3. Контейнер AQH-SC предназначен для доставки живых биологических объектов на МКС с целью изучения их поведения с использованием визуальных средств наблюдения.

4. Контейнер AQH-FC предназначен для доставки пакетов с фиксатором для возвращения зафиксированного биологического материала на Землю после проведения космического эксперимента.

5. Укладка AQH-BF содержит биологический фильтр для обеспечения качественных характеристик воды в процессе проведения космического эксперимента.

Проведение совместно с японскими учеными этапа эксперимента «АКВАРИУМ» - КЭ «Аквариум-AQH», в случае его успеха, позволит провести изучение всех этапов процесса онтогенетического развития и органогенеза у водных гетеротрофных организмов в условиях космического полета, а также исследовать влияния агравитационной среды на их поведенческие реакции. Информация, полученная в результате проведения эксперимента, имеет огромное значение, как для фундаментальной науки, так и для работ по созданию систем жизнеобеспечения космических экипажей на основе биологического круговорота веществ.

В период с МКС-11 по МКС-16 было выполнено 5 сеансов эксперимента «Аквариум».

Полученные результаты могут оказаться важными и для экологии земных сообществ. Сам факт возможности восприятия и передачи в ряду поколений экологической информации сухими диапаузирующими эмбрионами не только не был установлен ранее, но даже не предполагался. Наличие такой способности существенно меняет наши представления о роли материнского эффекта в микроэволюционных процессах в водоемах. Если подобное явление будет отмечено по отношению к другим стрессорным факторам, обычным на поверхности земли, к примеру ультрафиолетовому облучению, то свойства диапаузирующих эмбрионов оказавшихся на суше и на дне водоемов будут различны, равно как и их способность к конкурентной борьбе после реактивации. Это вносит новую компоненту в воздействие среды на результаты микроэволюционного процесса у беспозвоночных.

По результатам проведенных исследований можно сделать несколько общих выводов:

- даже сухие диапаузирующие эмбрионы ракообразных оказались чувствительны к факторам космического полета, что ставит вопрос о мерах по биологической безопасности со стороны флоры космического корабля по отношению к биологическому материалу, но может оказаться важным и для экологических исследований в земных условиях;

- обнаружение подобного снижения жизнеспособности у других видов животных и растений может стать важным препятствием для длительных космических перевозок и последующей культивации биологических систем жизнеобеспечения вне земной биосферы, в том числе на планетарных станциях;

- для понимания сложного и глубокого эффекта, оказываемого фактором космического полета на живые системы, включая покоящиеся стадии животных и растений, необходимы широкие междисциплинарные исследования.

М.А.Левинских, В.Н.Сычев. Использование экспериментального микрокосма для исследования влияния факторов космического полета на экосистемный уровень биологической организации. // Состояние и проблемы продукционной гидробиологии. Сборник научных работ по материалам докладов на Международной конференции "Водная экология на заре XXI века", посвященной столетию со дня рождения профессора Г.Г. Винберга. КМК, Москва, 2006, с.291-305.

Gusev, Oleg; Alekseev, Victor; Saigusa, Masayuki; Okuda, Takashi; Sychev, Vladimir. Molecular chaperons-related studies using latent stages of invertebrates exposed to space environment. // ZOOLOGICAL SCIENCE. 2006. V. 23 N 12 P. 1227-1227.

Gusev O., Okuda T., Sychev V., Levinskikh M. and M. Sugimoto. Perspectives of RNA/DNA studies using latent stages of invertebrates and plants exposed to space flight and outer space environments. // Space Utilization Research. 2007. vol. 23. pp. 344-346.

Alekseev V.R., Sychev V.N., Novikova N.D. Studying the phenomenon of dormancy: Why It Is Important for Space Exploration. / Diapause in aquatic invertebrates: theory and human use. Eds V. Alekseev, B. DeStasio & J. Gilbert.@ISBN 978-14020-5679-6, Springer Verlag Publishers. – 2007. – pp. 207-214.

Сычев В.Н., Левинских М.А., Подольский И.Г., Новикова Н.Д., Гостимский С.А., Алексеев В.А., Бингхем Г. Основные результаты экспериментов по изучению высших растений и покоящихся форм организмов на борту Российского сегмента Международной Космической Станции. // Космонавтика и ракетостроение@ISSN 1994-3210. 2007. вып. 4 (49). c. 54-64.

В.Р.Алексеев, М.А.Левинских, В.Н.Сычев. Влияние условий космического полета на покоящиеся стадии низших ракообразных. Эксперименты «Аквариум». / Космическая биология и медицина. Том 2. Медико-биологические исследования на российском сегменте МКС. ISBN 978-5-902119; ISBN 978-5-902119-16-6. 2011. М., «Научная книга». 2011. с.340-351.