Эксперимент с биостеком

Биологический эксперимент 1972 года

Эксперимент Biostack эпохи Apollo был бионаучным экспериментом NASA , который проводился на борту Apollo 16 (запущен 16 апреля 1972 года) и Apollo 17 (запущен 7 декабря 1972 года). Целью этих экспериментов было изучение воздействия высокоэнергетических космических лучей на биологические материалы. Эксперименты содержали различные биологические материалы, включая бактериальные споры , семена и яйца различных видов. Главным исследователем был Х. Бюкер из Франкфуртского университета .

Фон

Тяжёлые ионы высокоэнергетических космических лучей были открыты в 1948 году, и было обнаружено, что этот тип излучения имеет существенную склонность взаимодействовать с биологическими материалами с физическими проявлениями. Воздушные шары стали первым средством для учёных, чтобы исследовать это взаимодействие. ^[1] Мыши были исследованы на предмет увеличения скорости, с которой их шерсть седеет, обезьяны и мыши были исследованы на предмет повреждения тканей мозга, и как яйца артемии, так и эмбрионы растений кукурузы показали доказательства повреждения на клеточном уровне. ^[1]

Во время миссии Аполлон-11 Базз Олдрин и Нил Армстронг сообщили о наблюдении вспышек света всякий раз, когда они закрывали глаза или когда внутренняя часть их космического корабля была тускло освещена . ^[2]^[3] Впоследствии каждая миссия Аполлона сообщала об одном и том же явлении. ^[3] Было высказано предположение, что причиной этих световых излучений был результат взаимодействия тяжелых ионов космических лучей со светочувствительными клетками в сетчатке человеческого глаза. ^[2] Это было предсказано в 1952 году Корнелиусом Тобиасом, но документальные свидетельства из опыта полета астронавтов привлекли большее внимание к потенциальному воздействию космических лучей на биологические материалы в целом, но в частности на астронавтов. ^[1]

Космические лучи приводят к переносу большого количества энергии в высоко локализованной области, и этот аспект существенно отличается от рентгеновских лучей и гамма-лучей , которые демонстрируют более диффузные эффекты. Была обеспокоенность по поводу потенциальных эффектов на нервную систему , поскольку этот высоко локализованный перенос энергии мог привести к разрушению клеток. Хотя было возможно оценить общее поглощение дозы, эффекты излучения отличаются от электромагнитного излучения. Это потребовало экспериментов in situ с высокоэнергетическими космическими лучами, и Apollo 16 и Apollo 17 были определены как возможности для изучения их свойств. ^[1]

Эксперимент

Чтобы сопоставить взаимодействие космических лучей с эффектами на биологическую материю, необходимо было иметь возможность отслеживать входящие энергетические частицы непосредственно перед их взаимодействием с биологическим материалом. Чтобы достичь этого, эксперимент Biostack состоял из слоев биологических образцов, взвешенных в поливиниловом спирте , зажатых между различными типами детекторов излучения . Каждый слой биологического образца состоял бы из дискретного типа биологического образца. Было использовано семь различных видов, включая бактериальные споры, семена растений, простейшие цисты и яйца животных. ^[1] Эти слои содержались в алюминиевом корпусе длиной 10 см (3,9 дюйма) и диаметром 12,5 см (4,9 дюйма), который был герметично запечатан. ^[2]

Было построено восемь экспериментальных единиц, по четыре идентичных единицы для каждого полета. Одна из этих четырех единиц была обозначена как полетная единица, а другая — как резервная. Третья из четырех единиц будет использоваться в качестве наземного контроля. Четвертая единица будет храниться во Франкфурте в качестве лабораторного контроля. Поскольку обе единицы использовались для своих полетов, резервные единицы использовались для дальнейших экспериментов в обоих полетах. Резервная единица полета на Biostack I была запущена на воздушном шаре из Форт-Черчилля , Канада, а резервная единица полета Biostack II была облучена в Калифорнийском университете в Беркли . ^[1]

По возвращении на Землю Биостэк будет разобран. Координатные сетки будут спроецированы на слой, а его поверхность сфотографирована. Это позволит зафиксировать положения интересующих объектов, будь то местоположения биологических образцов или местоположения, где космические лучи взаимодействовали с детектором. ^[4]

Наука

Biostack I полетел на борту Apollo 16, который стартовал 16 апреля 1972 года, а Biostack II полетел на борту Apollo 17, который стартовал 7 декабря 1972 года. Эксперимент в обеих миссиях хранился в отсеке R1 внутри командного модуля . ^[1] Это было специально выбрано для ограничения количества радиационной защиты.

Результаты эксперимента показали сильно различающиеся воздействия на биологические процессы. ^[2] В то время как некоторые показали мало доказательств влияния ионизирующего излучения, другие образцы показали существенные эффекты с нарушенными или полностью подавленными процессами. ^[2] Штамм использованных видов оказал существенное влияние на их реакцию на воздействие высокоэнергетических частиц, показав видовую изменчивость с точки зрения устойчивости к радиации. ^{[2] Яйца} Artemia salina , которые были поражены высокоэнергетическими частицами, показали существенное воздействие на их развитие. Даже в самом устойчивом штамме успешные показатели вылупления были сокращены до всего 15%. Те, кто выжил после вылупления, часто умирали во время своей первой линьки. У науплиусов наблюдалось много сложностей развития , таких как деформированные грудные клетки, рост двух брюшков или короткие конечности. ^[2] Хотя были явно негативные результаты для тех яиц, которые были поражены высокоэнергетическими космическими лучами, было также отмечено, что стрессы космического полета были бы усугубляющим фактором, о чем свидетельствует сокращенное развитие непораженных яиц, которые летали в ходе эксперимента. ^[5]

Споры Bacillus subtilis показали лишь слабое воздействие на прорастание от ударов высокоэнергетических космических лучей, но достижение прорастания было существенно снижено до менее 50% для спор. Однако эти бактериальные споры показали ограниченное воздействие от других источников фонового излучения.^[6]

Ссылки

^ abcdefg Bücker, H. (1 января 1974 г.), Sneath, PHA (ред.), «Эксперименты с биостаками I и Ii на борту Apollo 16 и 17» , Life Sciences and Space Research , 12 , Pergamon: 43–50 , doi :10.1016/B978-0-08-021783-3.50009-X, ISBN 978-0-08-021783-3, PMID 11908528 , получено 9 февраля 2024 г.
^ abcdefg Предварительный научный отчет Apollo 17 (PDF) . Центр пилотируемых космических аппаратов , NASA. 1973. С. 429–436 .
^ ab Chapman, PK; Pinsky, LS; Benson, RE; Budinger, TF (1 января 1972 г.). "Наблюдения за фосфенами, индуцированными космическими лучами". Proc. of the Natl. Symp. On Nat. And Manmade Radiation in Space .
^ Pfohl, R.; Kaiser, R.; Massué, JP; Cüer, P. (1 января 1974 г.), Sneath, PHA (ред.), «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ КОРРЕЛЯЦИИ МЕЖДУ ТРАЕКТОРИЯМИ КОСМИЧЕСКИХ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ: ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА BIOSTACK НА APOLLO 16 И 17», Life Sciences and Space Research , Pergamon, стр. 57–63 , ISBN 978-0-08-021783-3, получено 12 марта 2024 г.
^ Рютер, В.; Грауль, Э. Х.; Хайнрих, В.; Аллкофер, О. К.; Кайзер, Р.; Кюэр, П. (1 января 1974 г.), Снит, П. А. (ред.), «ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЯЖЕЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ ИОНОВ НА РАЗВИТИЕ ЯИЦ Artemia salina» , Науки о жизни и космические исследования , 12 , Пергам: 69–74 , doi :10.1016/b978-0-08-021783-3.50013-1, ISBN 978-0-08-021783-3, PMID 11911147 , получено 12 марта 2024 г.
^ Хорнек, Г.; Фациус, Р.; Энге, В.; Божан, Р.; Бартоломе, К. -П. (1 января 1974 г.), Снит, П. А. (ред.), «МИКРОБНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ БИОСТЕК МИССИИ АПОЛЛОН-16: ПРОРАСТАНИЕ И РАЗРОСТ ОТДЕЛЬНЫХ СПОРОВ Bacillus subtilis, ПОРАЖЕННЫХ КОСМИЧЕСКИМИ ЧАСТИЦАМИ HZE» , Науки о жизни и космические исследования , 12 , Пергам: 75–83 , doi :10.1016/b978-0-08-021783-3.50014-3, ISBN 978-0-08-021783-3, PMID 11911148 , получено 12 марта 2024 г.

[:0-1] Bücker, H. (1 января 1974 г.), Sneath, PHA (ред.), «Эксперименты с биостаками I и Ii на борту Apollo 16 и 17» , Life Sciences and Space Research , 12 , Pergamon: 43–50 , doi :10.1016/B978-0-08-021783-3.50009-X, ISBN 978-0-08-021783-3, PMID 11908528 , получено 9 февраля 2024 г.

[:12-2] Предварительный научный отчет Apollo 17 (PDF) . Центр пилотируемых космических аппаратов , NASA. 1973. С. 429–436 .

[:22-3] Chapman, PK; Pinsky, LS; Benson, RE; Budinger, TF (1 января 1972 г.). "Наблюдения за фосфенами, индуцированными космическими лучами". Proc. of the Natl. Symp. On Nat. And Manmade Radiation in Space .

[4] Pfohl, R.; Kaiser, R.; Massué, JP; Cüer, P. (1 января 1974 г.), Sneath, PHA (ред.), «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ КОРРЕЛЯЦИИ МЕЖДУ ТРАЕКТОРИЯМИ КОСМИЧЕСКИХ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ: ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА BIOSTACK НА APOLLO 16 И 17», Life Sciences and Space Research , Pergamon, стр. 57–63 , ISBN 978-0-08-021783-3, получено 12 марта 2024 г.

[5] Рютер, В.; Грауль, Э. Х.; Хайнрих, В.; Аллкофер, О. К.; Кайзер, Р.; Кюэр, П. (1 января 1974 г.), Снит, П. А. (ред.), «ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЯЖЕЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ ИОНОВ НА РАЗВИТИЕ ЯИЦ Artemia salina» , Науки о жизни и космические исследования , 12 , Пергам: 69–74 , doi :10.1016/b978-0-08-021783-3.50013-1, ISBN 978-0-08-021783-3, PMID 11911147 , получено 12 марта 2024 г.

[6] Хорнек, Г.; Фациус, Р.; Энге, В.; Божан, Р.; Бартоломе, К. -П. (1 января 1974 г.), Снит, П. А. (ред.), «МИКРОБНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ БИОСТЕК МИССИИ АПОЛЛОН-16: ПРОРАСТАНИЕ И РАЗРОСТ ОТДЕЛЬНЫХ СПОРОВ Bacillus subtilis, ПОРАЖЕННЫХ КОСМИЧЕСКИМИ ЧАСТИЦАМИ HZE» , Науки о жизни и космические исследования , 12 , Пергам: 75–83 , doi :10.1016/b978-0-08-021783-3.50014-3, ISBN 978-0-08-021783-3, PMID 11911148 , получено 12 марта 2024 г.