В итоге накопленный опыт дал новые сведения: в клетках, ответственных за чувствительность к гравитации, есть специальные органеллы – статолиты, которые под действием силы тяжести оседают на нижней мембране клеток и становятся центром биохимических реакций. В невесомости этот процесс нарушен, из-за этого меняется цикл развития клетки. Кроме того, в невесомости увеличивается число клеток с нарушенным веретеном в ядре (веретено обеспечивает деление клеток), а также появляются двухъядерные клетки, у гороха – даже трехъядерные. Есть серьезные проблемы с делением. Также появилось больше знаний об особенностях работы гидропонных установок и влиянии разницы температур в корнях и в листве, капиллярных эффектов, количества и качества света.
На станции «Салют‐6» космонавты не только пытались довести растения до цветения, но и изучали свойства важных для длительных полетов культур. Так, под присмотром Виктора Горбатко и Фам Туана росла азола пинната. Азола – водный папоротник, обитающий во вьетнамских водоемах. Она миниатюрна, имеет вид маленького зеленого лепестка, плавающего на поверхности воды. И в то же время азола обладает всеми особенностями высшего растения. Образец поместили в небольшой аквариум с подсветкой.
Азолу изучали по нескольким причинам. Во-первых, она развивается весьма быстро, и даже за краткосрочный полет можно получить полную смену поколений. Во-вторых, этот папоротник очень хорошо поглощает углекислый газ и вырабатывает кислород. Конечно, с водорослями его не сравнить, но среди высших растений азола – одна из самых эффективных. Для потенциально очень длительных полетов это может иметь огромное значение. Да и для решения проблемы очистки атмосферы на планете Земля эти исследования могут пригодиться. В-третьих, в воздушных пазухах азолы поселяется сине-зеленая водоросль. Она усваивает азот из воздуха и превращает его в соединения, обогащающие почву азотом. Поэтому этот папоротник используют в качестве производителя биологических удобрений на рисовых полях. Ученым крайне важно знать, как воздействуют невесомость и другие факторы космического полета на различные организмы, определить возможные изменения в них на клеточном уровне. Кроме того, растение является кандидатом для основы замкнутых экосистем, а космический аппарат на орбите – это самая изолированная площадка из возможных.
На «Салюте‐7» эксперименты продолжились в еще большем объеме. Самый первый, с орхидеями, закончился, как и в прошлый раз. А вот второе исследование невзрачных сорняков арабидопсиса наконец дало плоды как в прямом, так и переносном смысле. Это очень неприхотливое растение-самоопылитель с очень коротким циклом развития – 30 дней. Питательным веществом был экстракт агара. В оранжерее имелась собственная атмосфера, отличная от воздуха на станции, принудительная вентиляция и подвижный источник света. Космонавты Анатолий Березовой и Валентин Лебедев вырастили его как раз к прибытию на станцию Светланы Савицкой. Они даже подарили второй женщине-космонавту небольшой букетик. В итоге арабидопсис впервые прошел весь цикл от семени до семени на орбите. Также продолжались исследования роста лука, петрушки, редиса, огуречной травы, помидоров.
Новыми результатами похвасталась уже станция «Мир». Космонавты Александр Викторенко и Александр Калери ухаживали за деревом, правда, карликовым – лимонией. В длительных полетах возникла проблема с обеспечением экипажа полезными микроэлементами, так как консервированные продукты долгого хранения не могут похвастаться большим содержанием витамина С. Выращивание лимонов могло решить данную проблему. Хотя в прошлых миссиях все образцы были невысокими, с деревом серьезных проблем не было, правда, плода космонавты так и не увидели. Два года дерево провело на борту – рекорд для биологических объектов в космосе. Также в этом полете проводились эксперименты с луковицами редкого и дорогого растения – шафрана, в которых запасается большое количество витамина А и β-каротина. Исследователи интересовались, как микроэлементы будут вырабатываться в условиях невесомости. Среди необычных растений была корейская культура – стевия. В ней содержится вещество в двести раз слаще сахара, оно способно удовлетворить все потребности космонавтов в глюкозе, а на Земле помочь людям, страдающим диабетом. А вот с посадками фасоли и чеснока не задалось. Через месяц после начала эксперимента, несмотря на хороший уход, ростки начали сохнуть.
В последующей миссии Калери уже с Валерием Корзуном впервые удалось довести пшеницу до созревания зерен в новой полностью автономной и автоматической оранжерее «Свет». У каждого растения был свой фитилек, к которому подходила вода и питательный раствор. Также использовались новые, более мощные ультрафиолетовые лампы. Пожалуй, самым важным фактором стал сорт пшеницы. Был выведен самый маленький гибрид – сорт «Суперкарлик». Его можно будет выращивать не только в космосе, но и в других сложных замкнутых экосистемах. Полученные зерна космонавты посадили сразу, но они оказались пустотелыми.
Благодаря этому удачному и серии неудачных экспериментов ученые поняли, что главной причиной проблем с созреванием является этилен. Он вырабатывается как самими растениями, так и космонавтами и многочисленными системами на борту. Для человека он опасен только в огромных концентрациях, а для растений это важный гормон, отвечающий за пробивание ростков к свету и ускоренный рост. Однако в случае повреждения выработка этилена усиливается, а это сильнейший стресс для плодов. В таком случае развитие замедляется. На Земле этот легкий газ быстро улетает от растений вверх, а в невесомости этого не происходит, так что образцы постоянно испытывают тормозящий эффект, который ускоряет увядание, не дает образоваться плодам, приводит к утолщению стебля и его укорачиванию. Снижается биомасса и потребность в кислороде. Так растение экономит силы. Это знание активно используется. Чтобы при перевозке из южных стран в северные плоды не успели сгнить, их собирают незрелыми и помещают в атмосферу из углекислого газа. Когда же груз прибывает, в воздух добавляют этилен и доводят до созревания искусственно. Кстати, в арабидопсисе потом удалось выявить ген, отвечающий за собственный синтез гормона. При его отключении растение почти не реагирует на повышение этилена. Вероятно, это и произошло на станции «Салют‐7». Для подтверждения гипотезы на Земле воспроизвели содержание газа на станции и получили тот же эффект. Кроме того, и на «Мире» пробовали поменять концентрацию газа и изучить рост репы. Тогда даже удалось вырастить второе поколение.
Чтобы добиться от пшеницы большего эффекта, «Суперкарлика» скрестили с сортом «Парула», который приобрел известность благодаря своей генетической устойчивости. Получился сорт, названный «Апогей». Его колосья были выше, чем у прародителя, но это не помешало успешно дать хороший урожай в 1998 году, через два года после предыдущего эксперимента.
С тех пор на орбите стало использоваться огромное количество растений.
Примечательным стало выращивание редиса в 1995 году. Тогда на борту на 8 Марта оказалась Елена Кондакова. Валерий Поляков вручил ей в качестве подарка на праздник куст