«Завелся таракан, его оберегали… чуть ли не на руках носили — а его кто-то раздавил!»
Академик Андрей Дегерменджи — о создании биосферы будущего
Все начиналось еще в середине прошлого века. БИОС — это биологическая система жизнеобеспечения, большой эксперимент в замкнутой системе. Это очень яркая идея, в то же время имеющая огромные перспективы. Тогда, 70 лет назад, еще не было Сибирского отделения, но уже появился Институт физики в Красноярске благодаря усилиям академика Леонида Киренского, который занимался магнитными явлениями.
Там образовалась группа интеллектуалов, которые увлекались биофизикой. По образованию они были физиками, но ударились в биологию. Так родилась биофизика.
Метаболический противовес человеку
— Сначала были опыты с кровью, эксперименты с простейшими, дрожжами, бактериями, водорослями. Система, в которой растут эти организмы, оттуда вымываются. Похоже на озерную систему с протоком. Они и называются проточными. Возникал вопрос: удержатся ли эти виды, если есть проток, хватит ли у них скорости роста?
Очень много было тогда выяснено: как работают обратные связи, как разные виды выживают в этих системах, каковы механизмы сосуществования и управления составом сообществ. Потом появились высшие растения, применяемые для сельского хозяйства, бактериальные популяции для получения биохимических продуктов, биотехнологии. Началось культивирование водорослей — спирулина, хлорелла. Водоросли, как и другие растения, поглощают углекислый газ, выделяют кислород. Работали огромные культиваторы — они и сейчас хранятся в институте.
А потом появилась дерзкая мысль эту философию поддержания проточных сообществ применить к созданию систем не с клетками, а с экипажем. Стали думать, как соединить культиваторы с человеком. Придумали так: шланг от маски идет к культиватору, человек дышит, углекислый газ «загоняют» в культиватор, водоросли растут, выделяют кислород. Система работает, и человек дышит за счет производства кислорода водорослями. Эти опыты показали, что никаких химических реутилизаторов не надо. Но важно было понять, с какой скоростью происходит утилизация: вдруг человек начнет задыхаться? Оказалось, что можно регулировать скорость поглощения углерода у водорослей — пригодились прошлые опыты в регуляции их активности в проточных культурах.
— Но ведь человек выделяет не только углекислый газ, у него бывают и другие выделения. С ними что делать?
— Это был следующий вопрос. Например, жидкие выделения. Смогут ли водоросли их потреблять? Оказалось, смогут! Так рождались новые идеи: а давайте сделаем систему, в которой водоросли будут метаболическим противовесом человеку! Но биомасса водорослей нарастает, а это биомасса, полная углеводов. И ее выбрасывали. Подумали: а давайте будем ими кормить человека. Первой водорослью была хлорелла. Я до сих пор считаю ее несъедобной. Что только с ней не вытворяли! Какие-то пирожки, соусы делали…
Но ничего не получилось. Экипаж не хотел питаться водорослями. Это был для нас тупик — вещество, которое в данной системе данными технологиями не перерабатывается. Не возвращается в круговорот. Конечно, знали отцы-создатели, что биосфера на Земле поддерживается только за счет круговорота. Это еще академик Вернадский говорил. Главное — сохранить машину круговорота.
— Как же вы решили проблему с хлореллой?
— Профессор Лисовский, аграрий, говорит: «А почему только водоросли? Я вот растения выращиваю, занимаюсь их культивированием в фитотронах». Ему говорят: «Они же медленно растут». Он: «А какая разница? Система фотосинтеза в обоих случаях примерно одинаковая. Что-то не так с условиями культивирования, значит». И предложил сделать по-настоящему тепличные условия — максимальное количество света, минеральное питание. Болезнетворные микроорганизмы и корневые гнили были исключены.
— И все равно ведь скорость водорослей не обогнать?
— Чтобы это выяснить, поставили специальные опыты с этими растениями — пшеница, овощные культуры, масличные. Оказалось, что скорость у них при оптимальных условиях не меньше, а примерно такая же. Скорее всего, выше, но точности не хватало. Они могут стать более полным метаболическим противовесом человеку, потреблять все газовые составляющие и, как бонус, производить пищу.
И вот тут началась эйфория: если получится, можно сделать маленькую искусственную биосферу с круговоротом веществ! Академик Киренский был тогда депутатом Верховного совета, у него была возможность связаться с теми, кто занимался космосом. Он обратился к академику Сергею Королеву, рассказал, что есть такая идея и что можно создать автономную систему с экипажем.
Миллион рублей и 180 дней взаперти
— А ведь тогда, как и сейчас, доминирующим в обеспечении медицинского сопровождения космонавтов был Институт медико-биологических проблем. У вас с ними были какие-то пересечения?
— Директор ИМБП академик Газенко тоже был на той встрече в подмосковных Подлипках. Королев прослушал наших лидеров и спросил: «Хватит вам миллиона рублей?» По тем временам это были сумасшедшие деньги. Они опешили, говорят: «Да, да…» Сибиряки отличаются повышенной скромностью, что часто бывает в ущерб делу. Медики говорят: «А нам?» Королев: «А вам — ничего, я и так вас не обижаю». И, видимо, осадок с тех пор остался.
— И вы приступили к созданию такой системы?
— Да, началась работа. Контракт был секретный, под землей стала рождаться эта система, которую мы называем «Бункер», 300 м2, ее специально строили под этот проект. Гора нержавейки, никакого пластика решили не брать, потому что может быть выделение токсических веществ. Огромный корпус был разделен на четыре части. Один зал отдали под водорослевые культиваторы, от них боялись отказаться, так как еще надеялись, что удастся использовать биомассу хлореллы в пищу человеку. Стояли огромные прозрачные стойки, и мощные лампы все освещали. Водоросли крутились в потоке и синтезировали органическое вещество и кислород, поглощали СО2, который сначала подавался отдельно из баллонов. Таких стоек был десяток, и все это выглядело как машинный зал. По сути, это был маленький биосинтетический завод.
Два модуля были отданы под высшие растения. Сразу пошли по пути отказа от почвы под растения — у нее свои особенности, в том числе возможность заражения гнилью. Начались разные вопросы. Вот пшеница. Человек съест зерна, а куда остальное? Давайте сделаем пшеницу, у которой очень короткий стебель и толстый колос. Характеристики вроде простые, но к ним нужно было прийти и сделать. Фактически шла селекция специальных растений для замкнутой системы. Эти растения совершенно не были приспособлены для полевого сельского хозяйства, хотя, казалось, создавались для него.
— Почему?
— Детально в причинах не разбирались, но полевые эксперименты показали, что у такой пшеницы ослаблен иммунитет к вредителям, к которым обычная пшеница была устойчива. Сделать ничего не могли. Но для замкнутой системы такая короткостебельная высокоурожайная пшеница была благо, потому что отходов было меньше. Уже знали, что никуда эти отходы не «пристроить». Тупик-2 после биомассы хлореллы. У овощных культур тоже есть тупики — например, корневые системы. Но селекция была проведена, сорта получили названия.
Работа велась под грифом «Секретно», никаких публикаций не допускалось. О наших работах мало кто знал. Между тем человек уже жил в этих кабинах, дышал нормально, никаких масок. Главное — происходила частично утилизация жидких выделений человека. Там это получилось, но наполовину: концентрация была высокая. В общем, было несколько этапов: БИОС-1, БИОС-2, а к БИОС-3 пришли с тем, что научились культивировать все необходимые растения, включая знаменитую чуфу, масличную культуру, которую еще зовут земляной миндаль. Не знаю, как отчеты представлялись Королеву, но финансирование шло как положено, поэтому быстрыми темпами мы подошли к эксперименту с экипажем.