Самарские учёные измерили уровень стресса «лука-космонавта»

Учёные и студенты Самарского университета им. Королёва провели эксперимент по измерению уровня стресса, который возникает у репчатого лука в условиях невесомости. В этом им помогли самарские школьники, приобщающиеся к науке.

Искусственную микрогравитацию для лука создали на Земле с помощью разработанного самарскими учеными оборудования.

Полученные данные помогут расширить базу научных знаний космобиологии, изучающей влияние факторов космического полёта на живые организмы, говорится в сообщении вуза.

«Результаты нашего эксперимента позволили определить, насколько стресс из-за микрогравитации снижает митотический индекс растения, то есть насколько уменьшается активность деления клеток, и сколько примерно времени требуется растению, чтобы адаптироваться к этому стрессу, затормозив свое развитие на определенном уровне», - рассказал Дмитрий Кистенёв – один из авторов исследования, студент 4 курса кафедры биохимии, биотехнологии и биоинженерии Самарского университета им. Королёва.

Семена лука "слетали" в космос. Фото: Самарский университет имени Королёва

По его словам, репчатый лук был выбран из-за ряда его преимуществ. Он обладает небольшим набором хромосом, которые легко окрашиваются, благодаря чему при относительно небольшом увеличении под микроскопом можно легко определить не только фазу митоза (деления клеток), но и наличие хромосомных аберраций (отклонений, мутаций) для каждой отдельной клетки. Кроме того, по сравнению с некоторыми другими популярными растительными тест-системами (например, такими, как кресс-салат), репчатый лук более чувствителен к ряду факторов, угнетающих цикл деления клеток растений.

По мнению ряда ученых, репчатый лук по чувствительности своих клеток даже приближается к культуре клеток человека!

Для эксперимента использовались семена репчатого лука Alliumcepa L. сорта «Крепыш». Их в течение пяти дней проращивали в рулонах из вспененного полиэтилена и фильтровальной бумаги в среде реминерализованной воды в термостате при 22 градусах Цельсия. Всего было выращено несколько партий семян по 50 штук в каждой, далее одни проростки отбирались в качестве контрольной партии для последующего сравнения, а другие загружались в специальный прибор - 3D-клиностат - и в течение определенного времени подвергались непрерывному воздействию искусственной микрогравитации.

Интересный эксперимент провели учёные самарского вуза. Фото: Самарский университет имени Королёва

3D-клиностат - это устройство, в котором испытуемый объект подвергается вращению в разных плоскостях, чтобы свести к минимуму воздействие на него гравитации. Положение растения постоянно меняется и действие силы тяжести не успевает проявиться в полной мере. Такой прибор можно сравнить с центрифугой для подготовки космонавтов, только размерами клиностат, конечно, гораздо меньше.

Как установили исследователи, после четырех часов воздействия микрогравитации митотический индекс растений, то есть, активность деления клеток, по сравнению с контрольной группой снизился на 35,16%, для восьмичасового периода снижение составило 49,23%, для двенадцатичасового - 47,41%. То есть стресс от невесомости заставляет растение снижать активность деления клеток почти наполовину.

Над экспериментом работать помогали самарские школьники. Фото: Самарский университет имени Королёва

«Можно сделать вывод, что растение, переживая стресс из-за внезапного помещения в условия микрогравитации, постепенно снижает темп митотического цикла в апикальной меристеме (***) проростка. На четырёхчасовой экспозиции данный процесс ещё продолжается, стремясь к более низкому значению митотического индекса, характерному для восьмичасовой и двенадцатичасовой экспозиций, на которых индекс достигает устойчивого уровня и даже начинает несколько снижаться. То есть, можно сказать, что в промежутке примерно между восемью и двенадцатью часами продолжающегося воздействия микрогравитации растение начинает адаптироваться к данному стрессу», - отметил Михаил Власов, доцент кафедры биохимии, биотехнологии и биоинженерии.

Ещё один важный результат исследования – воздействие симулированной микрогравитации не приводит к возникновению в клетках растения хромосомных аберраций (мутаций). Это важно не только в плане выращивания растений в космосе, но и для изучения воздействия на человека факторов космического полёта.

В ходе исследования учёным удалось сделать интересные открытия. Фото: Самарский университет имени Королёва

«Резкое помещение в условия микрогравитации не оказало влияния на число хромосомных аберраций, следовательно, фактор микрогравитации не является первостепенным для накопления мутаций и растение способно адаптироваться к нему, пусть и ценой снижения темпов роста. Следует подчеркнуть, что полученные в ходе эксперимента данные могут быть экстраполированы практически для всего биоразнообразия растений и животных. Кроме того, известно, что в условиях микрогравитации замедляется, но не останавливается рост эндотелиальных (****) клеток человека. Также есть данные, что невесомость негативно влияет на количество хромосомных мутаций в фибробластах (*****) человека, подверженных воздействию радиации. Поэтому так важно изучать влияние микрогравитации на живые организмы, как в комплексе с другими факторами космического полета, так и при наличии одного только этого фактора», - подытожила Елена Писарева, заведующая кафедрой биохимии, биотехнологии и биоинженерии Самарского университета им. Королёва.

Елена Писарева, заведующая кафедрой биохимии, биотехнологии и биоинженерии Самарского университета им. Королёва. Фото: Самарский университет имени Королёва

Справочно:

Самарский национальный исследовательский университет имени С.П. Королёва - вуз-участник национального проекта «Наука и университеты».

За многолетнюю историю освоения космоса различные растения не раз оказывались на орбите. Как известно, идею выращивать растения в космосе выдвинул еще основоположник современной космонавтики Константин Циолковский, а в 1960 году вместе с Белкой и Стрелкой на борту корабля "Спутник-5" отправились в космос не только сорок безымянных мышей, но и семена лука, гороха, пшеницы и кукурузы. В настоящее время космическими огородами и грядками на орбите уже никого не удивить - в космосе давно и успешно выращивают салатную капусту и горох, пшеницу и редис и другие съедобные растения. Тем не менее, несмотря на огромный накопленный опыт выращивания растений в космосе, число мировых научных исследований в данной области не уменьшается, а наоборот, растёт.

*** Апикальная меристема - группа клеток, обеспечивающая образование всех органов и первичных тканей побега растения.

**** Эндотелиальные клетки - клетки, выстилающие внутреннюю поверхность кровеносных и лимфатических сосудов, сердечных полостей.

***** Фибропласты - клетки соединительной ткани организма, играющие важную роль в заживлении ран.