Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах - Кристофер Мэйсон

к Титану и жизни на поколенческих кораблях. В дальнейшем, когда генно-инженерными методами удастся создать прототрофных людей, такие «усовершенствованные» астронавты смогут обходиться меньшим количеством питательных веществ.

Сырье

Для обустройства инфраструктуры на других планетах потребуются разнообразные материалы. Сначала они будут завозиться с Земли, но рано или поздно их придется синтезировать в обживаемом мире. В идеале большинство веществ нужно научиться добывать из того сырья, которым изобилует новый мир: на Марсе это CO2, а на Титане – CH4 или N2. Реголит, скорее всего, станет основным строительным материалом, из которого будут возводиться здания и все остальное (в частности, подземные жилища, лаборатории, реакторы, инструменты и транспорт).

Значительную часть материалов для экспедиции будут составлять пластмассы, так как они исключительно универсальны. Некоторые виды пластика можно производить химическими методами, наладив производственные цепочки, например превращать этилен в полиэтилен, этанол – в олефины и прозрачный полиметилметакрилат. Правда, для переработки этих материалов потребуется энергия, помещения и специальная аппаратура, подобная полуавтоматическому рециркулятору пластика, ныне работающему на МКС (этот прибор собран компанией Made In Space). Он может подавать материал прямо в 3D-принтер. Важным классом сырья станут материалы на биооснове, нам придется освоить их переработку для будущих экспедиций, поскольку такие вещества поддаются регенерации при помощи биологических механизмов (в частности, катализа и метаболической обработки). Марсианские пластики могут производиться из местного CO2 и идти на изготовление жизнеобеспечивающей инфраструктуры. Для ускорения процессов и оптимизации выращивания можно подключить к делу приспособленные для Марса организмы, в том числе модифицированные по технологии CRISPR.

На Земле материалы, получаемые микробиологическим путем, в целом сложно внедрять из-за низкой эффективности таких технологий и высокой стоимости по сравнению с петрохимическим и животным сырьем. Но на поколенческом корабле или Марсе выбора просто не будет. При отсутствии минералов, животных, а также в условиях дефицита энергии придется использовать материалы на биооснове. В конечном итоге инопланетные товары, например «марсианский шелк», станут поставляться на Землю и будут способствовать экономическому росту внеземных колоний.

Некоторыми первопроходческими работами в области проектирования новых материалов на биооснове занимается доктор Нери Оксман, дизайнер, профессор Media Lab в Массачусетском технологическом институте. Среди ее работ есть Aguahoja pavilion – структура, напоминающая по форме отлитый из меда кокон. Она состоит из самых распространенных биоматериалов на Земле, в том числе из целлюлозы, хитозана, пектина, прутиков, кусков дерева, коралловых остовов и костей. Оксман продемонстрировала, что эти материалы можно автоматически печатать, сочетать, отливать из них фигуры, придавать им форму при помощи воды, а затем собирать из них крупные устойчивые структуры. Такие обработанные восстановленные биоматериалы легко найдут применение как в обычном строительстве, так и в самом взыскательном искусстве. Некоторые творения Оксман уже сегодня выглядят как марсианские.

По мере роста потребности в повышении объемов производства будет развиваться промышленная инфраструктура, опирающаяся на ресурсы нового мира. Начнется добыча полезных ископаемых, выплавка металлов, разработка новых технологий. На этом этапе развития некоторые планеты будут окультурены до полной самодостаточности, что резко снизит вероятность полного вымирания человечества и всего нашего метавида. Техническое развитие, обеспечивающее самодостаточное существование на других планетах и спутниках в Солнечной системе, поможет заполнить пробелы, пока отделяющие нас от запуска поколенческих кораблей.

Медицина и лекарства

При подготовке любой долгосрочной экспедиции необходимо тщательно продумывать состав аптечки, которая позволит справляться со специфическими космическими рисками, снизить риск несчастных случаев и поддерживать нормальное здоровье экипажа. Во время дальних экспедиций, даже к Марсу, вряд ли будет возможность экстренно вернуться на Землю и пополнить запасы. Для сохранения физического и психического здоровья экипажа необходима терапевтическая самодостаточность экспедиции, в которой важную роль играет использование местных ресурсов.

Использование лекарств в космосе – обычное дело. На протяжении первых 20 экспедиций на МКС члены экипажа принимали примерно 12,6 дозы лекарств на человека за одну смену (по данным Ребекки Блю из Лаборатории аэрокосмической медицины и исследования вестибулярного аппарата клиники Mayo, штат Аризона). С 21-ю по 40-ю экспедицию члены экипажа принимали в среднем по 23,1 дозы препаратов на человека. В числе этих лекарств были ноотропы, снотворные, средства от зуда, головной боли и заложенности носа.

Тем не менее, по данным проведенных NASA опросов, астронавты в 40 % случаев сообщали о «частичной эффективности или неэффективности» этих медикаментов. Похоже, во время космического полета препараты от зуда, аллергий и заложенности носа почти не работают. Это говорит о существенном изменении механизма воздействия лекарств на организм. Скорее всего, это связано с общим обезвоживанием, перераспределением тканевых жидкостей (в частности, лимфы), а также с изменением мочевыделения. Такие нарушения почти наверняка станут серьезной проблемой для участников первых марсианских экспедиций, однако они в определенной мере преодолимы на кораблях с искусственной гравитацией. Чем больше пилотируемых экспедиций будет снаряжаться и чем внимательнее мы будем следить за состоянием астронавтов, тем эффективнее сможем решать эти проблемы, изменяя подходы к методам лечения, осуществляя генную модификацию организма астронавтов или видоизменяя космические корабли и экосистемы.

При подготовке первых экспедиций и снаряжении поколенческих кораблей придется загружать на борт полный набор препаратов и предусматривать их радиационную защиту, чтобы не допустить деградации. Но для длительной экспедиции этого будет недостаточно. Например, на МКС (согласно нормам FDA) срок годности 87 % препаратов не превышает 24 месяцев. Это касается и препаратов массового производства, включая инсулин, опиоиды, а также значительную часть прекурсоров антибиотиков.

Кроме того, появится серьезная потребность в радиозащитной терапии, необходимой для обеспечения длительного присутствия человека в космосе. Согласно текущим оценкам NASA, та доза радиации, которую человек получит всего за 30-месячный путь к Марсу, превысит дозу облучения, получаемую астронавтом за всю карьеру (см. главу 3). В XXI в. уже существуют препараты, в частности филграстим, предназначенные для облегчения системных симптомов острой лучевой болезни. Исследуются и многие натуральные продукты, чтобы проверить, могут ли они защищать от радиационного воздействия или запускать процессы клеточной репарации. Чтобы справиться с вызовами, возникающими при биопроизводстве таких препаратов в космосе или на новой планете, может применяться генная или эпигенетическая инженерия. Подобные меры помогли бы купировать или предотвратить радиационный ущерб. Например, для этого можно было бы временно активировать в ДНК те биохимические пути «быстрого реагирования», которые кодирует ген Dsup, имеющийся у тихоходок.

Наконец, когда появится подходящая инфраструктура на Марсе или поколенческом корабле, именно биопроизводство на базе местных ресурсов станет основным источником наиболее востребованных препаратов. Налаженный конвейер фармацевтического производства также позволит синтезировать специфические нишевые препараты экстренно или по требованию. Информацией о новых препаратах можно будет обмениваться с Землей. Наконец, технологии секвенирования ДНК и основанные на них диагностические методы позволят выявлять патогенные организмы и даже нацеливать терапевтическое вмешательство на изменение конкретных оснований ДНК. Именно такие возможности продемонстрировала наша лаборатория в 2015 г. на «рвотной комете» и в 2016 г. в рамках проекта NASA Biomolecular Sequencer. Также вполне вероятно, что уже на Марсе будут разработаны новые методы химического и биологического обнаружения патогенов (в том числе на основе секвенирования), которые можно будет оптимизировать для применения на Земле.

Утилизация отходов

На Земле анаэробное разложение используется в основном для обработки сточных вод, особенно при одновременном производстве биогаза и удобрений. На новых планетах потребуются инновационные методы утилизации отходов, позволяющие создать замкнутый цикл жизнеобеспечения. При переработке отходов можно будет перевести в биодоступную форму жизненно важные элементы (в частности, азот, фосфор и серу), которые сложно или невозможно извлечь из естественной среды. Например, сейчас NASA рассматривает отходы человеческой жизнедеятельности / органические отходы, выдыхаемые газы и твердые неорганические отходы как «пробелы в возможностях», ликвидируемые путем развития биотехнологий. В космосе любые отходы (включая мочу и кал) – это сокровище.

На первом этапе биоутилизация будет сводиться к переработке мочи, пота и выдыхаемого конденсата, как это сейчас делается на МКС. Моча в данном случае – один из самых качественных исходных материалов, поскольку она проста с химической точки зрения и в ней высока концентрация питательных веществ. Кроме того, она более однородна, чем твердые отходы. Необработанная моча использовалась в сельском хозяйстве в качестве удобрения с тех пор, как люди