Usiołek, maskotka Uniwersytetu Śląskiego, ponownie znalazł się kosmosie, tym razem na wysokości aż 35 km, w towarzystwie m.in. pająków i jęczmienia. Wszystko za sprawą kapsuły badawczej, która już drugi raz została wyniesiona do stratosfery przy pomocy specjalnego balonu w ramach projektu „Pamela Mission” (Plant, Aranae and Microorganism Exposure to the Light Activity in the Near Space Environment). Pracuje przy nim zespół naukowców, którego większość stanowią badacze związani z Uniwersytetem Śląskim.

Balon stratosferyczny wykorzystany w ramach projektu „Pamela Mission”

Balon stratosferyczny odbył w 2019 roku dwa loty – 20 kwietnia i 18 maja – a w jego kapsule znajdowały się różne mikroorganizmy, dwa gatunki pająków i ich jaja, wyselekcjonowane siewki jęczmienia i rzodkiewnika odpornego na susze, a także nowe tworzywa – hydrożelowa membrana do konstrukcji przyszłych statków kosmicznych i habitatów pozaziemskich oraz tworzywo do budowy anten wysyłanych w kosmos.

– Koncepcja zrodziła się już w 2017 roku, gdy razem z uczniami gimnazjów i liceów, uczestnikami Uniwersytetu Śląskiego Młodzieży, wysyłaliśmy balon z sondą elektroniczno- badawczą. Tamten projekt nazywał się „Space Donkey – Usiołek w kosmosie” – mówi dr Joanna Foryś z Unibota, jednostki edukacyjnej Uniwersytetu Otwartego UŚ, która wraz z mgr. Ireneuszem Forysiem koordynuje działania „Pameli”. – Już wtedy chcieliśmy sprawdzić oddziaływanie warunków panujących w kosmosie na organizmy, a doświadczenia zdobyte podczas wcześniejszej misji pozwoliły nam na zorganizowanie całego układu i wysłanie „Pameli”.

Do współpracy zaprosili naukowców z ówczesnego Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska (dzisiejszego Wydziału Nauk Przyrodniczych) specjalizujących się w badaniach oddziaływania środowiska na organizmy. W zespole znaleźli się: dr hab. Mirosław Nakonieczny, prof. UŚ, i dr hab. Grażyna Wilczek, prof. UŚ (z Zespołu Fizjologii Zwierząt i Ekotoksykologii), dr hab. Agnieszka Babczyńska, prof. UŚ, dr Marta Sawadro i mgr Agnieszka Molenda (z Zespołu Biologii Stresu Środowiskowego), dr Agata Daszkowska-Golec, prof. UŚ (z Zespołu Genetyki i Genomiki Funkcjonalnej Roślin) oraz dr Sławomir Sułowicz.

W skonstruowaniu samej kapsuły pomogła dr Agata Kołodziejczyk, dyrektor projektów naukowych w AATC (Centrum Szkolenia Analogowych Astronautów).

– Ostatnią, ale jak się także okazało najważniejszą kwestią, było znalezienie osoby, która zlokalizuje „Pamelę” po jej powrocie z misji. Szczęśliwie wsparcie zaproponował mgr inż. Tomasz Brol, jeden z najlepszych radiowców i amatorów baloniarzy w Europie, nasz współpracownik podczas poprzedniego projektu – relacjonuje dr Foryś.

Skład zespołu dopełniają: Matt Harasymczuk, magister inżynierii kosmicznej, informatyk i współzałożyciel Analog Astronaut Training Center, bioinformatyk mgr Michał Gocyła oraz dr Kamil Kamiński z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego (absolwent UŚ).

Nadrzędnym celem całego projektu jest stworzenie uniwersalnej kapsuły badawczej, tak by naukowcy z całego świata chcący prowadzić badania organizmów w stratosferze mogli korzystać z takiej samej platformy. Poza tym projekt daje naukowcom z Wydziału Nauk Przyrodniczych UŚ wyjątkową możliwość sprawdzenia, jak warunki panujące w tej właśnie warstwie atmosfery oddziałują na organizmy.

Członkinie zespołu „Pamela Mission”

– Interesowało nas na przykład, jak na organizmy wpływa promieniowanie elektromagnetyczne w miejscu jego naturalnego występowania, w realnym stratosferycznym natężeniu. Dotychczas nie miałam możliwości stworzenia analogicznych warunków na powierzchni Ziemi – wyjaśnia dr hab. Agnieszka Babczyńska, prof. UŚ. – Wraz z koleżankami z zespołu, dr Martą Sawadro i mgr Agnieszką Molendą, badamy kokony jajowe pająków, zastanawiając się, w jakim stopniu chronią one zarodki tych zwierząt przed czynnikami zewnętrznymi, a w jakim same zarodki zdolne są do obrony.

Obserwacji podlega proces podwyższania się poziomu markerów stresu, m.in. białka szoku cieplnego – HSP70 u samic oraz embrionów gatunku Parasteatoda tepidariorum, określanego czasem jako „amerykański pająk domowy”. Oczywiście równolegle badane są także osobniki z grupy kontrolnej, które nie wyruszyły w podniebną podróż.

– Planujemy również zająć się wpływem obecnego w stratosferze promieniowania na przeżywalność pajęczych zarodków – zarówno tych, które zamknięte były w kokonach, jak i tych, które z kokonów wyizolowałyśmy. Dzięki temu dowiemy się, czy kokony potrafią ochronić jaja przed promieniowaniem UV oraz kosmicznym. Dodatkowo interesuje nas przeżywalność i płodność wysłanych w stratosferę samic – mówi mgr Agnieszka Molenda.

Dr hab. Grażyna Wilczek, prof. UŚ, reprezentuje tę część zespołu badawczego, której bliższy jest pająk Steatoda grossa, zwany „fałszywą czarną wdową”. Dzięki kapsule stratosferycznej możliwe stało się zbadanie komórkowych efektów krótkotrwałego narażenia organizmu na warunki panujące w stratosferze, zwłaszcza pod kątem ultrastruktury komórek hemolimfy, gruczołu jelita środkowego oraz gruczołów przędnych.

– Nie mniej ważna jest ocena właściwości materiałowych produkowanej przędzy łownej przez osobniki tego gatunku w unikalnych warunkach panujących w stratosferze, z uwzględnieniem międzypłciowych różnic we wrażliwości tych drapieżników na czynniki stresowe – deklaruje badaczka.

Dr Agata Daszkowska-Golec, prof. UŚ, zajmuje się z kolei badaniem podstaw molekularnych odpowiedzi roślin, takich jak jęczmień i rzodkiewnik (rodzaj Arabidopsis), na warunki ekstremalne, ale te ziemskie – warunki stresu niedoboru wody.

Kapsuła z mikroorganizmami, jajami pająków, siewkami jęczmienia i rzodkiewnika oraz próbkami tworzyw

– Znaczna większość naszego pożywienia to produkty roślinne, dlatego chcemy poznać ich reakcję również na warunki inne niż te panujące na naszej planecie. Wiadomo już z wielu badań prowadzonych m.in. na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, że w odpowiedzi na warunki kosmiczne uruchamiane są podobne kaskady reakcji na poziomie ekspresji genów i interakcji ich produktów białkowych, jak to się dzieje w ekspozycji na warunki stresu środowiskowego na Ziemi. Dlatego niezwykle interesujące wydało nam się zbadanie procesu fotosyntezy oraz ekspresji wybranych genów związanych bezpośrednio z adaptacją do warunków stresowych, zarówno u odmiany wyjściowej jęczmienia, jak i u tolerancyjnych na stres suszy genotypów – wyjaśnia biolożka.

Zespół misji „Pamela” wyciąga już pierwsze wnioski z przeprowadzonych badań. Zauważono na przykład, że pomimo umieszczenia próbek w zamkniętej kapsule zmianie uległy także parametry atmosferyczne, nie tylko promieniowanie. W przyszłości trzeba będzie zatem koniecznie udoskonalić pewne elementy układu. Pamiętać należy, że był to jednak przede wszystkim lot pilotażowy, który umożliwił zaprojektowanie unikalnych układów eksperymentalnych pozwalających na przeprowadzenie badań fizjologicznych, mikrobiologicznych oraz genetycznych.

– Niewątpliwym sukcesem badań pilotażowych jest wyklucie się młodocianych osobników pająków z jaj, które znajdowały się w stratosferze – uważa dr Marta Sawadro.

Z „ziemskich” badań wiemy już też, że splot nici pajęczych skutecznie chroni zarodki przed infekcjami bakteryjnymi, co oznacza, że możemy zastanawiać się nad potencjalnym zastosowaniem tego materiału w różnych dziedzinach życia ludzkiego. Wysłanie kokonów w stratosferę daje szansę przetestowania ich ewentualnych właściwości ochronnych przed działaniem promieniowania elektromagnetycznego.

– Dlatego równolegle z testami prowadzonymi 35 km nad Ziemią planujemy także stworzenie układu, w którym będziemy narażać kokony z zarodkami na promieniowanie elektromagnetyczne w naszym naziemnym laboratorium, w ściśle kontrolowanych warunkach eliminujących czynniki, które mogłyby modyfikować skutki promieniowania. Informacje zdobyte w tak przeprowadzanych testach pomogą sprecyzować i ukierunkować przygotowanie kolejnych eksperymentów w innych warstwach atmosfery – podsumowuje dr prof. Agnieszka Babczyńska, prof. UŚ.

Projekt „Pamela Mission” został nagrodzony w konkursie Global Space Balloon Challenge 2019, w którym brały udział zespoły przeprowadzające eksperymenty naukowe w stratosferze z wykorzystaniem balonu. GSBC służy przede wszystkim popularyzacji nauki i inspiracji przyszłych pokoleń naukowców i inżynierów. „Pamela” zdobyła pierwsze miejsce w kategorii najlepsza inicjatywa edukacyjna (Best Educational Initiative).