В фантастике середины прошлого столетия нынешний, XXI век, описывался как расцвет космической эпохи – фантазия писателей заселила планеты Солнечной системы и даже вывела людей в межзвездное пространство. На деле же, увы, все оказалось далеко не так просто – и в середине второго десятилетия нового века мы лишь делаем первые попытки достичь ближайшей к Земле планеты.
В фантастике середины прошлого столетия нынешний, XXI век, описывается как расцвет космической эпохи – фантазия писателей заселила планеты Солнечной системы и даже вывела людей в межзвездное пространство. На деле же, увы, все оказалось далеко не так просто – и в середине второго десятилетия нового века мы лишь делаем первые попытки достичь ближайшей к Земле планеты.
Почему так произошло? Дело в том, что на пути к освоению межзвездных просторов человечество столкнулось с множеством сложнейших задач и проблем, которые до поры казались неразрешимыми. Однако наука постоянно развивается – и некоторые из открытий в прямом смысле слова приближают нас к звездам. Не так давно ученые вплотную подошли к решению очередной проблемы, тормозившей масштабные космические проекты. Есть все основания полагать, что в самом скором времени появится технология, позволяющая погружать космонавтов в долгий сон.
Что уж говорить о более удаленных от Земли объектах! Так, первая экспедиция на Марс – ближайшую планету Солнечной системы – предполагает, как минимум, 7-месячный перелет. А такое долгое путешествие сопряжено с множеством проблем, начиная с психологической совместимости членов экспедиции, вынужденных постоянно находиться вместе в тесном корабле, и заканчивая необходимостью обеспечить первопроходцам достаточное количество кислорода, пищи, воды, физических нагрузок. Конечно, системы жизнеобеспечения, рассчитанные на такой долгий срок, существуют уже сегодня и давно испытаны. Да и 7 месяцев далеко не предел для человека. Рекорд непрерывного пребывания в космосе принадлежит российскому космонавту Валерию Полякову и составляет 437 суток и 18 часов – примерно год и 2 месяца. Однако, в отличие от орбитальной станции «Мир», на которой работал Поляков, корабль миссии Mars One должен быть совершенно автономным. К тому же после старта он очень скоро окажется слишком далеко от Земли, чтобы в случае сбоя мог рассчитывать на помощь извне.
И пока кто-то занимается разработкой сверхнадежных систем жизнеобеспечения, другие ищут кардинальное решение проблемы долгих перелетов. По мнению многих специалистов, снизить нагрузку на все системы жилого модуля корабля, а также его общий вес – за счет части запасов – поможет погружение пассажиров в многомесячный сон. И не так давно было объявлено, что ученые добились определенных успехов в этой области и всерьез рассматривают возможность доставки людей на Красную планету спящими. Вполне возможно, будущие марсианские колонисты начало своей эпопеи попросту проспят!
Сны без сновидений
Анабиоз. Это слово в привычном понимании подарили нам писатели-фантасты. Однако в науке такое понятие существовало намного раньше, чем оформилась сама идея дальних космических перелетов – сам термин появился еще в XIX столетии. Энциклопедия дает ему следующее определение: «Анабиоз (от латинского «aна» – «отсутствие», «биос» – «жизнь») – состояние «мнимой смерти», то есть такое, при котором жизненные процессы (обмен веществ и др.) настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни».
Правда, изначально термин «анабиоз» применяли, в основном, в отношении простейших – одноклеточных организмов, которые в неблагоприятных условиях способны полностью прекратить жизнедеятельность на долгие годы, чтобы позже, когда окружающая среда изменится в лучшую сторону, «ожить» и полностью восстановить все свои функции. Подобными способностями обладают и некоторые многоклеточные организмы – в частности, растения и грибы: семена и споры многих из них не теряют всхожести спустя десятки и даже сотни лет после созревания.
Даже многие кишечнополостные и рыбы способны на достаточно долгий срок замедлять свой обмен веществ и впадать в анабиоз – скажем, именно так спасаются от засухи обитатели сезонных рек и озер в Африке и Австралии.
Однако существует закономерность: чем более организм высокоорганизован, тем короче у него период, в течение которого он может находиться в этом состоянии. Скажем, для млекопитающих оно практически недоступно. Конечно, некоторые животные впадают в спячку, или оцепенение, чтобы переждать холодную и голодную зиму. Но кардинально замедлить свой обмен веществ у них не выходит. А это значит, что во сне они тратят не намного меньше энергии, чем в деятельный период жизни. Так, бурый медведь – именно его жизненный цикл ассоциируется у нас с понятием «спячка» – за зиму теряет до 80 кг, расходуя накопленный за лето и осень жировой запас на поддержание жизнедеятельности.
Людям в естественных условиях не свойственно даже впадать в спячку – что уж и говорить про анабиоз. Однако ученые утверждают: теоретически, никаких препятствий для того, чтобы ввести человека в это состояние, нет. Тем более что медициной описано множество случаев, когда люди засыпали не на одну ночь и даже не на несколько суток – порой они проводили во сне недели, а то и месяцы. Этот феномен, известный с давних пор, врачи называют летаргией. У людей, впавших в летаргический сон, резко снижаются все жизненные показатели – в первую очередь, частота пульса и дыхания, – из-за чего таких больных не раз принимали за мертвых. Они не реагируют на внешние раздражители, не совершают движений – порой даже некоторые рефлексы у них заторможены или отсутствуют. Их обмен веществ замедляется примерно на столько же, как и у животных, впавших в глубокую зимнюю спячку.
К слову, ученые, которые работают над вопросом погружения в долгий сон будущих марсианских колонистов, называют этот сон не анабиозом, а искусственной летаргией или терапевтическим оцепенением.
Летаргический сон считается болезненным состоянием и может вызываться самыми разными причинами. Это относительно редкое явление – вероятность впасть в такое оцепенение для человека ничтожна. Однако за последние несколько сотен лет врачи не раз сталкивались с примерами подобного и достаточно хорошо изучили их. По наблюдениям, летаргия у человека длится, как правило, от нескольких часов до нескольких недель, реже – месяцев. Но академик Павлов описал больного, который провел в этом состоянии целых 22 года! Пациент Ивана Петровича Павлова по имени Иван Качалкин впал в кататоническое состояние в 1896-м. По описанию ученого, он «лежал живым трупом без малейшего произвольного движения и без единого слова». Больного приходилось кормить через зонд, чтобы поддержать его жизнь – ведь как бы ни были замедлены обменные процессы его тела, на такой долгий сон ему попросту не хватило бы энергии. Лишь в 1918-м он очнулся, а вскоре частично восстановился и даже смог самостоятельно передвигаться. К слову, пациент академика Павлова утверждал, что по крайней мере часть времени, проведенного «во сне», он был в сознании и понимал, что происходит вокруг него, но «чувствовал страшную, неодолимую тяжесть в мускулах, так что ему было даже трудно дышать» и оттого не мог пошевелиться.
Гибернация
Идея терапевтического оцепенения давно уже перекочевала со страниц фантастических книг в область практического применения. Так, технология погружения людей в это состояние разработана в начале 1980-х годов. А с 2003-го она применяется для пациентов с тяжелыми травмами головного мозга, чтобы дать врачам время провести доскональное обследование, сделать все анализы, установить точный диагноз и составить схему лечения. А в последнее время этот же метод применяют и при сложных и долгих хирургических операциях – ведь для того чтобы ввести такого пациента в состояние наркоза, требуется гораздо меньше препаратов, а значит, нагрузка на его организм оказывается гораздо ниже. К тому же кровоток человека в состоянии терапевтического оцепенения замедлен, а мозгу требуется гораздо меньше кислорода – а значит, само хирургическое вмешательство и связанные с ним повреждения организма гораздо менее опасны для жизни больного.
Метод, который позволяет медикам достичь такого эффекта, называется гибернация (от латинского hibernatio — «зимовка, зимняя спячка»). Он заключается в том, чтобы снизить температуру тела человека – оптимальная температура для достижения этого состояния составляет примерно 28–32 С. В медицине это достигается за счет использования особых препаратов – нейролептиков – вкупе с охлаждением тела пациента. Комбинация и дозировка медикаментов подбираются с таким расчетом, чтобы блокировать механизмы терморегуляции организма, а затем его начинают охлаждать путем подачи через нос охлажденной до жидкого состояния газовой смеси. Весь процесс занимает примерно 6 часов – ведь слишком резкое понижение температуры тела само по себе способно нанести серьезный вред.
Вывод человека из этого состояния тоже происходит постепенно. Сначала прекращается подача сжиженной газовой смеси, затем тело начинают медленно и осторожно согревать изнутри – теперь через нос подается подогретый воздух. А в отдельных случаях даже применяют переливание собственной крови пациента – при этом ее постепенно пропускают через устройство, подогревающее жидкость, и возвращают в тело.
Именно этот способ предложили исследователи компании SpaceWorks, сотрудничающей с NASA, для погружения в сон будущих марсианских колонистов. А в октябре прошлого года об этом было заявлено официально на Международном конгрессе по космонавтике, проходившем в Торонто. Метод гибернации был заявлен как революционная технология, позволяющая облегчить достижение Красной планеты.
«За» и «против»
Но что же в нем революционного – ведь он используется уже более 10 лет! Как ни странно, новшеств достаточно. Пытаясь адаптировать медицинскую технологию для перелета, исследователи столкнулись с целым рядом проблем, без решения которых гибернация может быть очень опасной для членов марсианской экспедиции.
В больницах в состояние терапевтического оцепенения погружают под надзором специалистов, и все время пребывания пациента в этом состоянии за ним внимательно наблюдают врачи. Они же тщательно контролируют выход больного из гибернации – ведь этот процесс почти настолько же сложен, как и погружение в нее. Однако если погружение космонавтов в состояние гибернации смогут контролировать специалисты на Земле, то вот обратный процесс может представлять некоторую трудность. Ведь при достаточно долгом охлаждении в организме происходят изменения, затрагивающие практически все органы и ткани и отражающиеся на обменных процессах. И тут уж никакой врач не поможет – будущим «марсианам» придется справляться со всем этим самим. Разумеется, им в помощь будут разработаны и выданы самые разнообразные медицинские приборы, которые помогут контролировать процесс, чтобы избежать нештатных ситуаций, и все это оборудование будет многократно проверено и продублировано. Но все же.
Не меньшие трудности придется преодолеть исследователям, решая проблему продолжительности гибернации. Дело в том, что врачи погружают пациентов в терапевтическое оцепенение не более чем на неделю. Членам же экспедиции Mars One предстоит «проспать» от 3 до 6 месяцев. А это чревато серьезными последствиями. В первую очередь для колонистов будет остро стоять вопрос питания – ведь есть обычным способом они не смогут. Не менее серьезная проблема – атрофия мышц, которая неизбежно наступит за время долгого перелета в условиях невесомости, а неподвижность способна усугубить ее до такой степени, что, прибыв на Красную планету, люди не смогут даже встать на ноги. Впрочем, эти проблемы не относятся к разряду нерешаемых. Питание космонавты будут получать внутривенно – как раз эта технология уже неоднократно отработана. Что же касается мускулатуры, то ученые предлагают стимулировать ее с помощью слабых электрических разрядов, вызывающих сокращение мышечных волокон – даже такая «пассивная активность» обеспечит людям достаточный мышечный тонус.
Разумеется, для того, чтобы «уложить спать» людей на добрых полгода, да еще и в невесомости, для них придется разрабатывать специальные «кровати», вернее, капсулы, в каждой из которых будет установлено все оборудование, необходимое для обеспечения гибернации, вывода из нее, подачи питания, массажа и регуляции многих других физиологических процессов. Однако в этом исследователи видят, скорее, плюс. Уже не первый год идут споры о том, насколько опасны для человека разнообразные излучения, которыми буквально пронизан космос. Многие специалисты утверждают, что их воздействие может вызвать тяжелейшие заболевания или оказаться попросту смертельным. Защитить же от них полностью жилой модуль корабля представляется практически невозможным – ведь в этом случае и без того не легкий космический корабль окажется настолько тяжелым, что просто не сможет оторваться от Земли. В случае же, если пассажиры будут находиться в индивидуальных капсулах, решить эту проблему будет гораздо проще – ведь защищать придется всего лишь небольшую часть корабля.
К слову, и сам корабль в этом случае будет значительно меньше. Специалисты компании SpaceWorks и NASA уже подсчитали, что если члены экспедиции проспят 6 из 7 месяцев – расчетного времени полета, – то размеры шаттла можно будет уменьшить, ни много ни мало, в 5 раз! Кроме того, спящим «холодным сном» людям потребуется в 3 раза меньше еды и воды. А благодаря тому, что нагрузка на системы жизнеобеспечения снизится практически на порядок, вес необходимого для поддержания жизни оборудования – даже с учетом капсул – можно будет снизить с 400 до 220 т. При такой существенной разнице во всех параметрах затраты на запуск космического корабля снизятся, и эта разница составит колоссальную сумму!
Впрочем, это только самые оптимистичные подсчеты. Технология сверхдолгой гибернации еще не апробирована, а последствия пребывания людей в таком состоянии в течение нескольких месяцев пока сложно даже предсказать с достаточной долей вероятности. Вполне возможно, нагрузка на организмы будущих марсианских исследователей окажется слишком большой. Поэтому специалисты SpaceWorks рассматривают и альтернативный вариант. Вместо того чтобы погружать космонавтов в непрерывный сон на полгода, можно дать им возможность бодрствовать двое или трое суток между 2-недельными циклами сна. Разумеется, при этом объем и вес корабля, оборудования и расходных материалов не получится снизить настолько значительно. Но у такого «режима» есть и свои плюсы. Ведь если «будить» членов экспедиции поочередно, они смогут практически на протяжении всего перелета контролировать работу корабля и сообщать на Землю о состоянии систем и экипажа.
«Нецелевое» применение
Каждый раз, когда речь заходит о подобных вещах, обязательно находится кто-то, кто говорит об огромных финансовых, интеллектуальных и временных затратах, о разбазаривании ресурсов Земли ради исследований, которые для подавляющего большинства людей попросту бесполезны. Однако все они в корне не правы. В рамках каждого такого проекта ведется множество разработок в самых разных областях науки, и почти все они – в том или ином виде – находят применение не только в космосе, но и на родной планете. Что же касается полученных знаний, то сегодня наука стоит буквально на границе – каждая новая крупица информации может полностью перевернуть наши представления о мире и вызвать буквально шквал революционных открытий и изобретений, способных изменить нашу жизнь.
Мы не будем подробно останавливаться на перспективах изучения и освоения Марса – об этом уже не раз говорилось и еще не раз будет сказано. Но давайте рассмотрим то, каким образом можно использовать сверхдолгую гибернацию.
Все очень просто. Каждый человек мечтает продлить свою жизнь. Однако люди, увы, смертны, и более того, подвержены множеству заболеваний. И не с любым из них современная медицина в состоянии справиться. Но медицина постоянно развивается – тысячи исследователей ищут способы эффективной борьбы с сотнями хворей. То, что неизлечимо сейчас, вполне возможно, будет излечимо уже через пару лет. И именно гибернация – то самое терапевтическое оцепенение, которое уже сегодня спасает жизни – может обеспечить людям возможность дождаться открытия, которое спасет им жизнь.
К слову, эта идея не нова. Впервые такие мысли появились у ученых еще в далеком XVII столетии – именно тогда были проведены эксперименты по замораживанию и последующему «воскрешению» живых организмов. Правда, в то время они были неудачны – ведь при воздействии отрицательных температур живые клетки разрушаются из-за микрокристаллов льда, образующихся в них. Но в начале XX века уже вовсю шли эксперименты с использованием так называемых криопротекторов – веществ, способных предотвратить этот эффект.
В конечном счете, все это вылилось в развитие новой отрасли науки – крионики, которая поставила перед собой важнейшую задачу: найти способ сохранить жизнь безнадежно больному человеку, как бы «перенеся его в будущее» в замороженном виде. А в 1960-х энтузиасты по всему миру уже создавали целые крионические общества, оплачивающие подобные исследования и организующие заморозку добровольцев, надеющихся воскреснуть через сотни лет.
Первым человеком, который решил сохранить себе жизнь с помощью крионики, стал профессор психологии из Калифорнийского университета Джеймс Бедфорд. Он страдал от рака почек в последней стадии, затем метастазы распространились в легкие. Профессор понимал, что медицина бессильна, и распорядился заморозить его сразу после смерти с тем, чтобы вернуть его к жизни, когда ученые найдут средство от его болезни.
К сожалению, пока наука не победила рак, потому тело Джеймса Бедфорда до сих пор находится в криокамере, как и тела многих других неизлечимо больных людей, решившихся последовать тем же путем.
Правда, на сегодняшний день вернуть жизнь организму, подвергшемуся такой «консервации», невозможно – именно поэтому людей отправляют в криокамеры только после зафиксированной смерти мозга. Однако все далеко не безнадежно – сегодняшние исследования показывают, что часть клеток мозга кролика, подвергавшихся заморозке, потенциально способна к функционированию.
К слову, именно исследования в области крионики в конечном счете и привели к разработке методики гибернации. В разрезе сохранения жизни она рассматривается как альтернативный способ, гораздо менее травматичный для организма. Правда, до сих пор сроки, на которые людей погружали в это состояние, были невелики. Однако марсианская программа подстегнула исследователей – и если их опыты окажутся удачными, это буквально раскроет новые горизонты перед медиками и их пациентами.
Разумеется, вряд ли ученые уже завтра найдут способ погружать людей в состояние терапевтического оцепенения на годы. Однако, если в результате экспериментов, проводимых компанией SpaceWorks, будет разработана методика долговременной гибернации, позволяющая «усыплять» пациентов хотя бы на несколько месяцев, это уже спасет сотни жизней. Возможность для кого-то дождаться окончания клинических испытаний лекарства или органа для пересадки, да и просто быть доставленным до больницы из отдаленного региона – все это, разумеется, стоит затраченных сил и средств.
Изучение возможностей погружения людей в долгий сон ведется не только учеными из SpaceWorks – параллельно эту же тему разрабатывает и группа американских специалистов из Массачусетса под руководством хирурга Питера Ри. Правда, они избрали несколько другую методику – перед тем, как понизить температуру тела пациента, Ри предлагает заменить всю его кровь специальной жидкостью, которая способна выполнять некоторые функции крови и к тому же является криопротектором. По мнению ученых из Массачусетса, это позволит гораздо сильнее охладить организм, не опасаясь повреждения органов и тканей – а значит, еще больше замедлить обмен веществ и обеспечить возможность более долгого пребывания в таком состоянии. Использовать этот метод Питер Ри предлагает в случаях, когда пациентами были получены травмы, несовместимые с жизнью, или было потеряно более 50% крови. По его мнению, это позволит увеличить шансы людей на выживание.
В 2006 году эта методика была апробирована на свиньях, и после нескольких серий экспериментов выживаемость подопытных животных достигла 90%. А в ближайшее время методика будет испытана на людях – 10 добровольцах, страдающих неизлечимыми заболеваниями.
Кроме того, находятся оптимисты, которые уже сегодня утверждают, что очень скоро погружение в состояние терапевтического оцепенения станет вполне рядовой медицинской процедурой и найдет самое широкое применение – вплоть до того, чтобы обеспечить пациенту возможность «проспать» неприятную процедуру, вроде лечения зубов.
Да и космические путешествия не остановятся с высадкой первых колонистов на Красную планету. И если исследования в области долговременной гибернации окажутся успешными, это позволит снизить затраты на постройку, оснащение и вывод в космос следующих кораблей – а значит, придаст дополнительный импульс развитию космической отрасли в целом.
