На экране список: «Биолог», «Пилот», «Капитан» — строки бегут вверх, а в выстроенных рядом персональных капсулах, похожих на хрустальные гробы из сказки, включается подогрев. Электроды начинают стимуляцию мышц, роботизированные шприцы делают инъекции, температура космонавтов начинает возвращаться к нормальной. Через несколько дней экспедиция очнется от сна, который длился несколько десятилетий, пока умный корабль уносил людей к новой звезде…
Сейчас это звучит как начало фантастического романа — и действительно, идея «гибернации» впервые была озвучена именно фантастами. В их работах искусственное замедление метаболизма с возможностью в нужный момент снова запустить все биологические процессы стало одной из ключевых технологий для долгих пилотируемых экспедиций в дальний космос. В вымышленной вселенной «Чужого» срок ее появления называется точно — 20 мая 2028 года. Эта дата выглядит вполне вероятной и для нашего реального мира: работа уже идет.
Зимой и в космосе
Даже если не брать в расчет бактериальные споры и семена растений, анабиоз распространен в природе довольно широко. Понижать температуру тела и замедлять метаболизм, впадая в состояние торпора, способны многие млекопитающие и птицы. Как правило, это позволяет им переживать неблагоприятные периоды, будь то дневная жара, ночная темнота или холода зимы. Небольшие грызуны и почти сотня видов птиц, от колибри и стрижей до довольно крупных зимородков-кукабар, «отключаются» на 4−16 ч. в сутки, чаще всего ночью.
Более крупные животные, начиная от ежей и заканчивая медведями, погружаются в спячку на один или несколько месяцев зимы (гибернация) или лета (эстивация). Обычно это связано с нехваткой пищевых ресурсов, однако отдельные виды впадают в торпор с другими целями. Так, некоторые летучие мыши спариваются осенью, после чего замирают в оцепенении в холодной пещере. Лишь весной, когда у самок начинается овуляция, переждавшие зиму сперматозоиды их оплодотворяют, и на свет появляются малыши. Гибернация — самый знаменитый вид анабиоза, и, видимо, поэтому именно так назвали свой «космический анабиоз» фантасты.
В реальности же до самого недавнего времени считалось, что приматы, включая и человека, к такой спячке неспособны. Лишь в 2004 году обнаружилось, что мадагаскарские толстохвостые лемуры могут оставаться в анабиозе до семи месяцев в году. Это (а также тот факт, что гибернацию освоили столь крупные животные, как медведи) наводит на мысль о том, что в торпор можно вводить и людей. Благо история медицины знает несколько таких случаев. Самый впечатляющий пример дает история Мицутаки Утикоси, который, проводя время с друзьями в горах, отстал от компании.
Бедняга быстро заблудился, заработал перелом таза и отключился от невыносимой боли. Лишь через 24 дня альпинист обнаружил его все еще бессознательное тело: температура упала до 22 °C, пульс почти не прослеживался, метаболизм был практически на нуле. Тем не менее Утикоси выжил и впоследствии полностью восстановился. Этот случай вызвал среди специалистов жаркое обсуждение, за которым внимательно следил и основатель американского стартапа SpaceWorks Enterprises Джон Брэдфорд.
Джон Брэдфорд
Образование: Технологический институт Джорджии
Работа: SpaceWorks Enterprises, Inc., президент и исполнительный директор
«Я большой поклонник научной фантастики, и мне всегда интересна перспектива превращения ее в реальность. Но прежде всего, я космический инженер, занятый проблемой пилотируемых полетов к Марсу и другим телам Солнечной системы. С обеих точек зрения гибернация экипажа — подходящий вариант».
Занимаясь технологиями пилотируемых космических полетов к другим планетам и телам Солнечной системы, разработчик прекрасно понимал, что длительность таких экспедиций остается одной из самых серьезных проблем. Зонд Cassini добирался до Сатурна семь лет, New Horizons достиг Плутона за 9,5. Если бы нам понадобилось снабжать экипаж водой, кислородом и пищей весь этот срок, вряд ли подобные полеты вообще бы состоялись. И если мы действительно собираемся отправлять людей к другим планетам, без гибернации нам вряд ли обойтись.
Колесо сновидений
Технический проект «космической системы торпора» инженеры SpaceWorks Enterprises представили в 2014 году. В отличие от фантастических звездолетов с ровными рядами индивидуальных капсул, концепт использует единую цилиндрическую камеру, рассчитанную на размещение нескольких членов экипажа. Расположенные по центру роботизированные манипуляторы будут автоматически проводить необходимые инъекции, устанавливать катетеры и дыхательные трубки, отслеживать состояние своих подопечных. Предполагается, что камера будет вращаться, создавая искусственную гравитацию, необходимую для поддержания тонуса опорно-двигательного аппарата, сосудов, да и других систем организма.
Впрочем, на протяжении столь длительных сроков даже действия искусственного притяжения может оказаться недостаточно. Поэтому мускулы космонавтов будут дополнительно стимулироваться слабым электричеством — благо такая терапия уже отработана на Земле и используется для предотвращения мышечной атрофии у парализованных пациентов. Кроме того, когда понадобится вывести экипаж из спячки, можно заставить мышцы сокращаться с повышенной активностью, облегчая разогрев организма и пробуждение.
Но для начала анабиоз потребуется индуцировать, и сделать это возможно двумя способами: термическим и химическим. Терапевтическую гипотермию используют в медицине, например при остановке сердца: сильное охлаждение и замедление метаболизма позволяют до некоторой степени уберечь от быстрых и необратимых повреждений, вызванных нехваткой кислорода.
Вводя катетер в крупную бедренную артерию, кровь прокачивают через холодильник, понижая температуру тела до 32−34 °С на сутки или даже несколько. Для будущих перелетов проводить такую операцию можно в более щадящем режиме, с помощью отводящих тепло гелевых матов и охлаждающего спрея, который можно подавать через дыхательные трубки, подведенные в носоглотку. Но питание, как и у больных, придется вводить внутривенно, вместе с препаратами для предотвращения естественной холодовой дрожи.
Холод и уколы
В такой обстановке медицинские риски возникают самые неожиданные. Скажем, для предотвращения образования тромбов космонавтам понадобится вводить гепарин — но тогда любая неосторожная манипуляция с катетерами или иглами может закончиться опасным кровотечением. Кроме того, гипотермия способствует развитию инфекционных заболеваний, так что экипажу придется время от времени вводить антибиотики и противовирусные препараты, а длительное полное парентеральное (внутривенное) питание может привести к отказу печени. Таких проблем можно назвать не один десяток, и решения их пока что нет.
Впрочем, химические методы индуцирования анабиоза проработаны еще хуже термического. Охлаждение позволяет экспериментаторам погружать в торпор — и без последствий возвращать к жизни — таких крупных животных, как собаки и свиньи. Применение паров сероводорода и других химических препаратов ограничивается куда более мелкими грызунами, мышами и сусликами. Впрочем, и людей никто никогда не отправлял в спячку на месяцы и годы. Три с небольшим недели, которые провел «в отключке» Мицутака Утикоси, остаются рекордом. Даже в природе млекопитающие остаются в этом состоянии дольше 8−9 месяцев, и до сих пор неясно, возможно ли рассчитывать на нужные для перелетов сроки.
Учитывая все эти трудности, в SpaceWorks Enterprises разумно ограничивают свои текущие планы пилотируемым полетом на Марс. Для такой миссии экипаж сможет воспользоваться «револьверной» системой гибернации: каждый космонавт будет проводить во сне не больше определенного, строго ограниченного числа суток, после чего очнется и после краткой реабилитации заступит на дежурство, сменив предыдущего вахтенного. При этом ряд самых тонких операций с катетерами и шприцами можно будет выполнять вручную, а во время бодрствования — разнообразить питание и «пролечиться».
Уже в таком виде экспедиция может оказаться намного проще, чем полное обеспечение экипажа на протяжении примерно полутора лет, необходимых для полета к Марсу и обратно. Будем следить за новостями и помнить: каждое новое сообщение о погружении мыши или собаки во все более долгую спячку делает далекий космос немного ближе.
