Ответ могли дать лишь опыты, проведенные непосредственно в космическом пространстве.
Весь мир знает наших первых четвероногих космонавтов — собак Лайку, Белку, Стрелку, Чернушку, Звездочку. Но самой точной регистрации жизненных процессов у собаки во время полета и самых тщательных наблюдений за ней после полета все же было недостаточно, чтобы решить, насколько безопасен полет для человека. В какой мере условия космического полета влияют ка жизнеспособность отдельных клеток многоклеточного организма? Ответ на этот вопрос могли дать только существа, состоящие из одной-единственной клетки, то есть микробы.
И поэтому коллектив советских ученых, приняв во внимание этот вывод, начал вплотную заниматься всем сложнейшим комплексом работ, связанных с подготовкой к космическому полету микрокосмонавтов.
Как и полагается настоящим космонавтам, они прежде всего предстали перед строгой «отборочной комиссией».
Ее задача состояла в том, чтобы среди бесконечного множества самых несхожих микроорганизмов, среди всего, выражаясь языком Линнея, «хаоса», выбрать кандидатуры, в которых сочетался бы ряд качеств, нужных для поставленных целей.
Каких же именно? Прежде всего нужны были микроорганизмы, совершенно безвредные для человека. Некоторые из них должны были «уметь» обходиться и жить без кислорода. (Надо сказать, что, хотя большинству микроорганизмов он необходим, как и другим живым существам, существует ряд бактерий, называемых анаэробами, которые живут без кислорода.)
Микрокосмонавтов, конечно, следовало отбирать среди бактерий, способных образовывать споры. Споры в отличие от самих бактерий, хрупких и недолговечных, можно было послать в полет не на день и не на два, а на любой срок.
Попав в питательную среду, споры в любую минуту легко вновь обращаются в обычные бактерии.
Ученые искали микроорганизмы, отличающиеся какой-нибудь одной яркой особенностью, например способностью резко менять химический состав питательной среды. Используя это свойство, можно было бы с помощью приборов судить на расстоянии о самочувствии бактерий в полете. Ведь у них не сосчитаешь пульс и не измеришь кровяное давление.
Чувствительность бактериальных клеток к космическим лучам далеко не одинакова. Диапазон ее очень велик: от десятых долей рентгена до десятков тысяч рентген. Микрокосмонавтов подобрали так, чтобы создать из них живую шкалу для регистрации разных доз излучения: начиная от тех, какие способны выносить излучение громадной интенсивности, и кончая бактериями, чувствительными к ничтожным дозам.
Соблюдение всех требований, предъявляемых к будущим космическим путешественникам, делало отбор, безусловно, сложнейшей научной задачей.
Отобранные виды бактерий подвергали предварительным лабораторным испытаниям.
Как и полагается будущим космонавтам, они переносили огромные перегрузки на центрифугах, часами тряслись ка вибростендах.
Чтобы определить, как повлияют ка бактерии те или другие воздействия, с которыми, может быть, им придется встретиться в необычном полете, микроорганизмы подвергали и таким опытам, которые с человеком недопустимы, — например, радиоактивному облучению.
Обширная «программа подготовки» помогла микробиологам представить, что может произойти с микрокосмонавтами во время пребывания на орбите.
Все это облегчило предстартовые приготовления.
Участников полета заключили в маленькие специальные ампулы, которые спрятали в эбонитовые чехлы. Ампулы набили, как папиросы в портсигар, в небольшие контейнеры. А эти металлические контейнеры помещены в космическом корабле.
На Земле в лабораториях оставались контрольные образцы точно таких же бактериальных культур, чтобы по возвращении их можно было сравнить с двойниками и точно установить, как повлиял полет на микрокосмонавтов.
Успехи первых же опытов в космосе были огромны, но ученым эта разведка казалась недостаточной. Они хотели наблюдать микроорганизмы не только до и после, но и во время полета, особенно когда его продолжительность увеличилась. Так возникла необходимость создать автоматические приборы, которые приводились бы в действие самими микроорганизмами, сигнализируя об их самочувствии из космоса в любой нужный момент.
Поиски начались вновь.
Сначала несколько слов об одном из микробов, который называют палочкой маслянокислого брожения. Этот микроб относится к числу «бродильных», открытых еще в прошлом столетии Луи Пастером. Пастер обнаружил, что такие микроорганизмы выделяют в окружающую среду особые вещества — ферменты, вызывающие процессы брожения.
Ферменты вызывают и ускоряют сложные химические реакции, например расщепление крахмала. При этом образуется кислота и большое количество газа. Вот почему «бродильные» микробы называют еще газообразующими.
Палочки маслянокислого брожения отвечали всем требованиям, которые предъявлялись к невидимым космонавтам. Они совершенно безвредны для человека. При неблагоприятных внешних условиях эти бактерии постепенно меняются: их содержимое сгущается, они теряют жгутики, с помощью которых быстро плавают, покрываются плотной, прочной оболочкой и превращаются в споры.
А споры легко переносят кипячение, замораживание, высушивание. Жизнь как будто замирает, едва теплится. Но это, безусловно, жизнь. Ведь и семена в замерзшей почве хранятся до тех пор, пока солнечное тепло не заставит их ожить и дать зеленые всходы.
Исходя из этого советские ученые решили использовать газообразующее свойство этих микроорганизмов. «Что, если попытаться «выдрессировать» их так, — думал ученый, — чтобы на тщательно подобранных питательных средах они образовывали строго определенное количество газа? Тогда, если опыт поставить с достаточной точностью, показание газообразования можно передать со спутника Земли с помощью телеметрических систем».
Чтобы достичь такой степени точности, в одной из лабораторий начались поиски и подбор подходящих питательных сред.
Дни, а подчас и ночи напролет коллектив проводил за бесконечными опытами. Палочки сперва не хотели «слушаться». На одном «бульоне» они вдруг неудержимо размножались и бурно выделяли газ, на другом словно засыпали. Не так-то легко заставить работать живые организмы с точностью часов!
После долгих поисков необходимая питательная среда была найдена.
Но вторая задача оказалась технически куда более сложной.
Как снарядить газообразующие бактерии в путешествие? Обычные запаянные ампулы, плотно упакованные в контейнер, на этот раз не годились. Нужно было создать прибор-автомат, который сам точно регистрировал бы наличие газа, выделяемого бродильными микроорганизмами.
Создание прибора начали с простых на первый взгляд опытов. Питательные растворы с посеянными в них спорами наливали в обычные стеклянные шприцы для инъекций — такими делают уколы в любой амбулатории. Закрыв тщательно притертыми поршнями, их помещали в термостат при температуре 37 °C. Место, где на шприц насаживается игла, плотно закрывали.
В теплом термостате на «вкусном» питательном бульоне споры прорастали, бактериальные клетки начинали размножаться, выделять ферменты.
Ферменты вызывали брожение… И спустя 12–15 часов дежуривший в лаборатории сотрудник слышал приглушенный звук выстрела: газ вышибал поршень.
Этот, казалось бы, несложный принцип (не станем повторять, что стоит найти в науке «простое» решение, так как к любому «простому» решению ведут очень сложные пути) конструкторы использовали при создании автоматического приборчика, названного биоэлементом.
Созданный ими прибор внешне походил на металлический цилиндр, а внутри разделялся стеклянной перегородкой на две изолированные камеры — этакий чемодан с двойным дном. В верхнюю камеру «загружали» споры, а в нижнюю наливали питательную среду.
Сверху на цилиндр навинчивалось ударное устройство. В любой момент по команде автомата боек ударного устройства разбивал стеклянную перегородку, и споры автоматически высевались в питательную среду. Дно нижней камеры заменяла гибкая мембрана. По мере образования газа давление внутри биоэлемента увеличивалось, мембрана прогибалась и замыкала электрические контакты. На Землю поступал радиосигнал: палочки живут и здравствуют. Создание биоэлемента позволяло отныне посылать микрокосмонавтов в полет на любые сроки и расстояния.