В орбита ще полети товар, който едва ли бихте очаквали

В орбита ще полети товар, който надали бихте очаквали да видите измежду галактическото съоръжение. И може да промени визиите за живота надалеч от Земята.

Варенето на бира в безтегловност звучи като смешка, само че е просвета

Базираната в Тексас пивоварна Starbase Brewing е нарекла плана MicroBrew-1 – и той незабавно е засегна общоприетите галактически опити. Вместо нормалните туби с бактерии и микроводорасли на МКС в орбита ще бъдат изпратени осем дребни капсули с подготвена пивна отплата и настрана запечатани дрожди. Всичко е направено по подобен метод, че на астронавтите не им се постанова да се занимават с мерителни лъжици и маркучи: просто завъртат една дръжка, тъй че съставките да се смесят и да стартира ферментация.

На пръв взор – най-простият развой, прочут на всяка пивоварна на Земята. Но в случай че премахнем гравитацията, познатата биохимия стартира да играе по други правила. Вече няма конвекционни течения, които разбъркват течността и издигат газовите мехурчета нагоре. Няма наслойка, която гладко потъва на дъното. Цялото придвижване се прави само посредством мудна дифузия.

За дрождите това е все едно да влязат в стая без течение и излаз: продуктът на тяхната работа – въглеродният диоксид – не изтича в атмосферата, а обгръща клетките, променяйки налягането и рН към тях. На Земята пивоварите знаят, че това може да промени усета, аромата и даже алкохолното наличие на напитката. В орбита резултатът е непредсказуем. Ето за какво MicroBrew-1 не е просто PR за „ галактическа бира “, а първият сериозен тест за това по какъв начин културата ще се държи в свят без нагоре и надолу.

Когато гравитацията изчезне, се трансформира и самата химия

На Земята ферментацията върви като по часовник: дрождите се издигат и спадат според от варианта, мехурчетата въглероден диоксид се издигат нагоре, течността се разбърква от конвекционните течения. Всичко това основава постоянна среда, в която ферментацията е предвидима и управляема.

Но в случай че премахнем гравитацията, познатата картина се разпада. На МКС няма „ горе “ и „ долу “ в нормалния смисъл, газовите мехурчета към този момент не плуват, а остават окачени в течността или се придържат към клетките на дрождите. Вместо естествено безредие се следи мудна, съвсем мързелива дифузия, която може да докара до друго движение на ферментация в обособените зони на пивната отплата.

Към това се прибавя и непрекъснатото излагане на галактическа радиация. Микроорганизмите в орбитални условия задействат гените за отбрана и възобновяване на ДНК, което трансформира държанието им. Този двоен стрес – безтегловност и радиация – може да промени освен скоростта на ферментация, само че и самия набор от химични съединения, които образуват усета и аромата на продукта.

Защо да губим орбиталното време за бира

Ако премахнем страстите и облиците, опитът MicroBrew-1 е тест за жизнеспособността и продуктивността на дрождите в условия, в които всичко е срещу нормалните биопроцеси. А бирата е просто комфортен „ модел “. Ферментацията е повсеместен механизъм, който може да се употребява за създаване освен на питиета, само че и за произвеждане на храни, фуражи, биогорива, витамини и медикаменти.

По време на задачи на дълги дистанции – на Луната или Марс – е невероятно да се носи всичко със себе си. Затворените системи за поддържане на живота би трябвало да могат да рециклират отпадъците и да създават нужните субстанции на място. Ферментацията в изискванията на безтегловност или понижена гравитация е основен детайл от подобен цикъл.

Ето за какво всяка капсула на MicroBrew-1 не е играчка за астронавтите, а минибиореактор, в който се ревизира дали може да се възпроизведе благонадежден развой там, където стандартните физични закони не работят. Резултатите ще ни покажат до каква степен самостоятелни могат да станат бъдещите селища и какъв брой бързо ще бъде допустимо да се премине от пробен буркан с отплата към пълноценна орбитална или лунна „ плантация “.

Как да варим „ безтегловна “ бира в орбита

Експериментът MicroBrew-1 е планиран във допустимо най-компактен формат: осем херметически затворени капсули, всяка с дължина към 15 см. Едната част съдържа стерилна пивна отплата с екстрактивност към 12%, а другата – лиофилизирани дрожди за горна ферментация. Те са разграничени от машинален клапан, който астронавтът от екипажа на „ Екип-11 “ ще отвори в избраното време, започвайки ферментацията.

Ферментацията ще продължи няколко дни – според от температурата в модула. На МКС работният диапазон в жилищните пространства варира от +20 °C до +24 °C и няма нормални съмнения сред деня и нощта, което отстрани „ естествените “ температурни скокове, към които са приспособени земните варианти. Това ще ни разреши да следим чистия резултат на микрогравитацията и радиацията.

Всяка капсула е оборудвана със датчици за налягане и температура, както и с мини-индикатори за оценка на ферментационната интензивност. След като процесът завърши, оборудването ще бъде опаковано и изпратено на товарен транспортен съд назад на Земята. Тук учените ще извършат цялостен цикъл от разбори: клетъчна микроскопия, премерване на алкохолното наличие (дрождите от този вариант нормално дават 4,5-5% алкохол), газова хроматография за установяване на летливите ароматни съединения и ДНК секвениране, с цел да се ревизира дали геномът на дрождите е изменен от космоса.

Къде може да се провали галактическото пивоварство

Основната опасност е газът. На Земята мехурчетата от CO₂ се издигат, с цел да освободят течност, само че в изискванията на микрогравитация те се задържат в гъстотата на пивната отплата или полепват по клетките. Така се основават местни зони на високо налягане и ниско pH, където дрождите се стресират и даже стопират да работят. Ако този резултат е мощен, ферментацията може да спре по средата на пътя – получава се незадоволително ферментирала продукция с висока наслада и ниско алкохолно наличие.

Вторият проблем е обвързван с разсейването на топлината. При ферментацията се отделя топлота и на Земята тя отчасти се отделя посредством конвекция. На МКС обаче охлаждането се дължи единствено на бавното предаване на топлота през стените на капсулата. Прегряването с 3-4 °C към този момент трансформира профила на ароматните съединения и може да даде „ нечисти “ тонове – от разтворител до сяра.

И най-после, биосигурността. Капсулите са херметически затворени, само че в случай че някой клапан се повреди или се появи микропукнатина, наличието ще излезе в атмосферата на модула. Дори дребни количества етанол и CO₂ в затворената система за филтриране на въздуха могат да провокират проблеми. Ето за какво всяка капсула е проектирана да устоя на свръхналягане от няколко атмосфери и се тества преди полета, с цел да се подсигурява, че може да издържи на вибрациите и ударите при изстрелване.

Ако нещата не вървят по проект, опитът не е загуба на време. Дори „ неуспехът “ ще даде скъпи данни за това по какъв начин да се приспособяват ферментационните процеси в среда, в която физиката и биологията работят по нови закони.

По какво MicroBrew-1 се разграничава от предходни опити с „ алкохол “ в космоса

Идеята за изпращане на питиета в космоса не е нова, само че до момента съвсем всички опити са били свързани със първични материали или с подготвен артикул. През 2006 година японската компания Sapporo отгледа ечемик на МКС и свари бирата „ Space Barley “ на Земята – със същата ферментация, както постоянно. Френската къща G. H. Mumm изпрати шампанско в Космоса през 2024 година, с цел да ревизира по какъв начин ще се държат бутилката и пяната в безтегловност, само че напитката се върна непроменена – това беше тест на опаковката, а не на микробиологията.

MicroBrew-1 е първият път, в който пълноценна отплата ще излезе на работа в орбита, а ферментацията ще стартира и ще завърши в микрогравитация. Това е основна разлика: дрождите ще преминат през целия витален цикъл – от „ събуждането “ в стерилна среда до прекъсването на активността. За науката това е съвсем като осъществяване на постепенен опит на бърза писта: да се види по какъв начин микрогравитацията и радиацията дружно трансформират метаболизма и морфологията на клетките.

Друга неповторима характерност е цялостното връщане на проби на Земята за сложни разбори. Обикновено орбиталните опити с микроорганизми приключват с унищожаването на културите на станцията. Тук материалът ще бъде оценен по всички параметри – от генетиката до вкусовия профил, което ще даде извънредно необичаен набор от данни за биотехнолози, пивовари и експерти в региона на затворените системи за поддържане на живота.

Какво ще се промени, в случай че опитът е сполучлив

Ако MicroBrew-1 покаже, че дрождите могат да работят устойчиво в изискванията на микрогравитация, това ще бъде дребна, само че значима тухла в архитектурата на бъдещите извънземни селища. Пивоварството тук е единствено „ примамка “ за необятната общност. В реалност става въпрос за тестване на повсеместен биотехнологичен инструмент – ферментацията.

На Луната или Марс, където гравитацията е 16% и 38% от земната, процесите ще са по-близки до орбиталните, в сравнение с до стандартните. Ако дрождите могат да бъдат приспособени към такива условия, ще бъде допустимо да се създават освен питиета, само че и ферментационни храни, витамини, аминокиселини, фуражи за животни и даже биогорива – непосредствено на мястото. Това би понижило фрапантно зависимостта на колониите от товарите на Земята.

Има и втори, по-малко явен резултат. Ферментацията е и метод за преработване на органичните боклуци, като затваря циклите на водата и питателните субстанции. Успехът на MicroBrew-1 ще покаже, че сходни затворени биопроцеси са вероятни в действителни галактически условия, което значи, че концепцията за самостоятелна „ галактическа плантация “ ще стане малко по-близка до действителността.