Научни новини: Колонизация на Космоса и лабораторно отгледано месо

Веднъж-дваж месечно Михаил Ангелов – биолог, агроном и любим нърд от нашия екип, ни представя най-интересните скорошни новини от различни сфери на науката и ще обяснява защо тези постижения са толкова значими за света и човечеството. Или най-малкото – любопитни и забавни.

Обратно към Луната

Дългоочакваният полет на „Артемис I“ вече е факт. След почти тримесечно отлагане новата ракета на НАСА беше изстреляна успешно и модулът „Орион“ направи първото си прелитане покрай Луната. Вече може да проследяваме и на живо протичането на мисията.

Програмата „Артемис“ е продукт на дългогодишно планиране с първоначална цел Луната, а след това и Марс. Естественият спътник на Земята ще бъде използван за изпитването на различни технологии, които ще са нужни за дългото пътуване до червената планета и потенциалното заселване на хора там. Освен кацането на астронавти на Луната се предвижда и изграждането на малка орбитална станция (Lunar Gateway), която ще служи като комуникационен център, научна лаборатория, пункт за временно настаняване на астронавти и депо за машини. Ще бъде изградена и лунна база, която подобно на Международната космическа станция ще бъде населена постоянно.

Програмата донякъде се припокрива с предишната, изпратила човек на Луната („Аполо“), и е нейно естествено продължение. Показателно е и името ѝ, което не е избрано случайно – Артемида е богиня на Луната и сестра близначка на Аполон. В програмата на НАСА са включени и три партньорски космически агенции – европейската, японската и канадската. Освен тях участие ще вземат и други държави и частни компании (като SpaceX), които са се включили в Споразумението „Артемида“.

Ключов елемент от програмата е свръхтежкотоварната ракета SLS (Space Launch System), разработката на която започна през 2011 г., след спирането на полетите на совалките на НАСА. Тогава Агенцията загуби възможността си да извежда астронавти в орбита и до първия успешен полет на капсулата „Крю Драгън“ на SpaceX през 2020 г. разчиташе на Русия за тази дейност.

Първата мисия, която тече в момента, ще отведе капсулата „Орион“ до Луната. Там тя ще влезе в сложна орбита, за да направи снимки на Земята и естествения ѝ спътник. На борда ѝ има малък „екипаж“ от два манекена, изработени от материали, които наподобяват тъканите в човешкото тяло. В тях има сензори за измерване на нивото на космическа радиация, което е изключително важно за астронавтите, особено при по-дълъг престой.

В Международната космическа станция нивата на радиацията са над 50 пъти по-високи от тези на Земята, а в открития Космос, например при пътуване до Марс, надвишаването може да надхвърли 150 пъти. Въпреки че модулът „Орион“ е проектиран с подсилена радиационна устойчивост, единият манекен (Зохар) носи специална защитна жилетка, а другият (Хелга) ще служи за контрола. Те са с женска анатомия поради по-високата чувствителност на жените към радиацията, гласи прессъобщението на НАСА.

„Артемис I“ носи със себе си и 10 малки сателита (CubeSats), които ще се отделят от ракетата по пътя към Луната. Един от тях е апаратът BioSentinel, който също има за цел да изпита ефекта на космическата радиация върху живи организми. Дрождите S. cerevisiae, използвани в производството на хляб, бира и вино, са едноклетъчни гъби, но за разлика от бактериите, имат обособено ядро като клетките на висшите организми и са добър модел за изследване на повредите в ДНК, причинени от силно заредени космически частици. Подбрани са два щама: единият е от див тип, а другият – с компрометирана система за поправка на ДНК. В различни точки от пътуването на спътника те ще бъдат изследвани за промени в метаболизма. Идентичен експеримент ще бъде проведен на Земята и в Международната космическа станция.

Друг от сателитите – NEA Scout – има за цел да изследва астероид, който ще прелети покрай Земята през 2023 г. „Разузнавачът“ ще се размине бавно с него и ще го заснеме с камера с висока резолюция. Интересното при този сателит е, че ще се придвижва с помощта на слънчево платно. Този метод за задвижване на космически кораби използва радиационното налягане, което слънчевата светлина упражнява върху големи огледални повърхности. Тъй като енергията, която фотоните предават на апарата, е малка, платното трябва да има голяма площ – в случая 86 кв.м, събрани в малкия сателит с размера на два пакета хартия за принтер. След отделянето на сателита от ракетата платното ще се разгърне в пълния си размер.

Неконвенционален начин на придвижване има и Team Miles – вместо обичайните ракетни двигатели сателитът е с хибриден плазмен и лазерен двигател, който използва йонизиран йод като гориво. Целта, поставена на малкия сателит, е далечна – червената планета Марс. По време на пътуването си космическият апарат ще тества софтуерна система за комуникация със Земята.

Профилът на втората мисия („Артемис II“) е сходен с този на „Аполо 8“ – в капсулата ще има четирима астронавти, които ще прелетят покрай далечната страна на Луната в орбита, описваща цифрата 8. Предимството на тази траектория е, че в случай на авария при преминаването си покрай Луната капсулата ще бъде насочена обратно към Земята само от гравитационните сили.

Третата мисия, планирана за 2024 г., е от историческо значение, защото е най-вероятната възможност на Луната отново да стъпят хора. В мисията ще участва Стефани Уилсън, която ще бъде първият астронавт от афроамерикански произход и първата жена, посетила лунната повърхност. За разлика от предходните кацания, „Артемис III“ ще има за цел да достигне полярните области на Луната, където астронавтите ще търсят замръзнала вода и места, подходящи за изграждане на бази, които да осигурят постоянно човешко присъствие. Престоят на астронавтите ще е по-дълъг от предходните мисии, като те ще имат 10 дни за събиране на проби и извършване на експерименти.

Новини има и от корпорацията SpaceX, която след тригодишна пауза изстреля за четвърти път тежкотоварната си ракета носител „Фалкън Хеви“. С трите си ускорителни модула (бустери) до момента тя беше най-мощната активна ракета преди успешното излитане на SLS на НАСА. Клиент на компанията са Американските космически сили (USSF), които са извели в геостационарна орбита два сателита. Информацията за единия от тях е класифицирана и затова за него се знае малко, но другият – Tetra-1 – е експериментална платформа за изпитване на нови технологии. Той е с размера на пералня и вещае нова идеология.

Спътниците, използвани на ключови позиции в системите за разузнаване и комуникация, са изключително скъпи и големи, което ги прави отлични цели за антисателитни ракети, каквито редица държави неведнъж са използвали. Затова Департаментът на отбраната на САЩ иска да изпита концепцията, вече приложена от системите за сателитен интернет Starlink на SpaceX – „съзвездия“ от малки спътници, които да бъдат свързани в мрежа. Това ще намали тяхната цена и ще направи изстрелването им по-лесно, което от своя страна би позволило по-бързо внедряване на нови технологии.

„Фалкън Хеви“ е част и от програмата „Артемис“ – ракетата трябва да достави първите два модула за орбиталната станция Lunar Gateway в края на 2024 г., а след това да снабдява с провизии станцията чрез апарата Dragon XL, който ще има капацитет за 5 тона товар в херметичен и отворен сектор.

Частният космически сектор е поле, което се развива изключително активно. Индийската компания Skyroot Aerospace изстреля малка ракета, която достигна височина от почти 90 километра. Въпреки че полетът на Vikram-S е под линията на Карман от 100 км, приета от Международната авиационна федерация за границата, разделяща земната атмосфера и космическото пространство, той е изпълнил всички поставени цели и дава възможност на компанията да продължи с предвиденото изстрелване на по-голям прототип – Vikram-I – през идната година. Товароподемността на проектираните до момента модели не е висока, но е сходна с тази на първата ракета на SpaceX. Предстои да разберем дали индийските специалисти ще успеят да постигнат същите успехи като американските си колеги.

Месо, отгледано в лаборатория

Месопреработвателната индустрия е поставена под все по-голям натиск по различни причини, повечето от които в основата си са морални. Най-явната е неизбежната смърт на животните, както и лошите условия при отглеждането им – често те нямат достатъчно място, не се хранят оптимално и като цяло не живеят пълноценно. Наред с това редица организации обръщат внимание на влиянието на индустрията върху глобалните климатични промени. За периода 2018–2020 г. производството на месо е допринесло за 54% от парниковите газове, отделени от селското стопанство, според доклад на Организацията на ООН по прехрана и земеделие. Много висока е и консумацията на вода – за телешкото, което е най-ресурсоемко, се изразходват над 100 литра за 1 грам протеин.

На пазара вече има редица алтернативи на месото, базирани на растителни продукти или на протеин от насекоми, които дават решение на някои от тези проблеми. Техният въглероден отпечатък е много по-малък, отколкото на животинските продукти, но продължават да са налице някои от предизвикателствата на съвременното земеделие – например нуждата от обработваема земя и употребата на пестициди. Отглеждането на насекоми също може да бъде обременено от етични въпроси, тъй като редица учени изказват мнението, че и насекомите изпитват болка, подобно на гръбначните животни.

Потенциално решение е т.нар. лабораторно отгледано месо. Въпреки че няма консенсус точно колко ще намалее нуждата от ресурси за производството, най-песимистичните прогнози сочат, че консумацията на енергия и влиянието върху промените в климата ще останат съизмерими със сегашната индустрия, ако фабриките не използват енергия от възобновяеми източници. Но дори и в този случай ще отпадне основният етичен проблем с консумацията на месо. Ще бъде ограничен драстично и разходът на вода и земя за отглеждане на животни – според учени от Оксфордския и Амстердамския университет икономиите може да достигнат 90%. Допълнително предимство на производството по този начин е, че почти няма вероятност за попадане на патогени в продукцията и регулацията на „фабриките за месо“ следва да е по-лесна, отколкото на фермите, в които се отглеждат живи животни.

Преди дни Агенцията за контрол на храните и лекарствата на САЩ приключи с проверката си на Upside Foods и даде заключение, че произведеното от компанията месо е безопасно за консумация. Сега остава да бъде направена инспекция на фабриката им от Департамента по земеделие и да се уточни етикетирането на продукта. Тези стъпки би трябвало да се изминат сравнително бързо, след което от компанията ще започнат да предлагат своето месо на подбрани ресторанти, за да запознаят потребителите с него.

Това развитие не е изненадващо – след като през 2020 г. Сингапур даде одобрение на американската компания Eat Just да продава своите пилешки продукти в страната, беше въпрос на време и американските органи да предприемат тази стъпка предвид по-либералната им политика спрямо подобни нови технологии.

Технологията за отглеждане на месо в лаборатория е сходна с други биотехнологични производства. Всичко започва с изолацията на клетки, които могат да бъдат получени и без да бъдат наранени животни. След първоначална подготовка те се прехвърлят в биореактори, подобни на ферментационните съдове, в които се произвежда бира. В тях протичат следващите стъпки от производството – клетките живеят в изкуствена среда, съдържаща всички нужни хранителни вещества за развитието им и поддържана с оптимални параметри (ниво на pH, температура).

Културалната среда трябва да се подменя често – както за да бъде опреснена, така и за да се премахнат всички отпадни продукти, отделени от клетките. След като клетките се намножат, се предизвиква и тяхната диференциация – развитието им в различни по вид клетки, като мускулни, съединителни и мастни, които се свързват една с друга. В края на процеса след няколко седмици от реакционния съд може да се извади произведената месна маса. Тя няма конкретна структура и прилича на фино смляно месо. Това е и основната причина повечето продукти да са пилешки хапки и кренвирши.

Пред усъвършенстването на технологията има редица препятствия. Най-голямата и до момента непреодоляна е предизвикването на оформяне на тъкани – това е сложен процес, който не е напълно изяснен и при живите организми. Друго препятствие е нуждата от използване на растежни хормони, които се извличат от животинска кръв и така възниква проблем за получаването на напълно етичен продукт и увеличаването на мащабите на производство. Вече няколко компании обаче, сред които Upside Food, са разработили нови хранителни среди, в състава на които няма животински продукти, като бонус от това е и намаляването на разходите с над 80 пъти. Предстои да бъде усъвършенствано и производството в големи мащаби, което е една от ключовите стъпки за сваляне на цената на продукта.

Тази индустрия привлича все повече инвеститори, някои от които традиционни месопроизводители и преработватели. За момента не е ясно какви ще бъдат нагласите на потребителите – редица изследвания показватпротиворечиви данни. Според някои от тях има силно предпочитание към заместителите на месото, според други повечето хора не биха консумирали лабораторно отгледано месо, а трети дават заключение, че потребителите нямат конкретно предпочитание и биха се спрели на най-изгодния вариант. Трудно е да се предвиди как ще се развие технологията и как ще бъде приета от широката публика, но със сигурност ще е ключова част от борбата с климатичните промени и колонизацията на Космоса.

Заглавно изображение: Снимка на Земята и Луната, направена от „Аполо 8“ на 24 декември 1968 г. © НАСА