Ce primesc ecosistemele din spațiu, de unde provin? Ecosistem - unitate elementară a biosferei
1935 A. Tansley a introdus conceptul de „ecosistem” 1940 V.N. Sukachev – „Biocenoza”
Ecosistem forestier mixt
1 – vegetație 2 – animale 3 – locuitori ai solului 4 – aer 5 – solul propriu-zis
Ecosistem– dezvoltat istoric într-un anumit teritoriu sau zonă de apă, un sistem deschis, dar integral stabil de componente vii și nevii.
Clasificarea ecosistemelor după mărime Toate ecosistemele sunt împărțite în 4 categorii
Microecosisteme
Mezoecosisteme
Macroecosisteme (spații uriașe omogene care se întind pe sute de kilometri (păduri tropicale, ocean))
Ecosistem global (biosfera)
Clasificare după gradul de deschidere Deschis se referă la capacitatea de a schimba energie și informații cu mediul.
Izolat
Închis
Deschide ∞
Clasificarea se bazează pe o componentă precum vegetația. Se caracterizează prin staticitate și fiziologie.
Clasificări după forma de viață
Lemnos = pădure
Ierbacee = luncă și stepă
Subarbusti = tundra si desert
Clasificarea după productivitatea ecosistemului
pădure pustie
Structura ecosistemului
Tipuri de conexiuni într-un ecosistem
Trofic (mâncare)
tropical (energie)
Teleologic (informațional)
lant trofic este o secvență de unități alimentare, fiecare dintre ele fiind un organism viu.
iarbă iepure lup
Nivel trofic – un grup de organisme alocate oricărui nivel al piramidei alimentare.
şoim de elan
iarbă iepure lup
om vulpe
conexiunile trofice sunt realizate de 3 grupe funcționale de organisme:
Autotrofi(plantele sunt organisme care sintetizează substanțe organice din cele anorganice)
Heterotrofe(organisme care nu sunt capabile să sintetizeze substanțe organice din cele anorganice prin fotosinteză sau chemosinteză. Mănâncă substanțe gata preparate)
Descompunetoare(Destructori) (organisme (bacterii și ciuperci) care distrug rămășițele moarte ale ființelor vii, transformându-le în compuși organici simpli și anorganici.)
Ciclu mic (biologic) de substanțe din natură
Conexiuni energetice (tropicale)
Trimite două legi ale ecologiei
Legea energiei ecologice acumulative Aceasta este capacitatea inerentă a multor ecosisteme de a concentra energia primită de organism în substanțe organice complexe și de a acumula energie în cantități uriașe.
Legea fluxului de nutrienți
Eficiență (umană) = 50% Eficiență (natura) = 10%
Comunicații informaționale
În ecosisteme, informațiile pot fi transmise în diferite moduri:
Comportament
(necunoscut încă la plante)
Proprietățile ecosistemului
Integritatea este proprietatea unui ecosistem de a funcționa ca un singur organism.
Reziliența este capacitatea unui ecosistem de a rezista unui sistem extern
Constanța compoziției este capacitatea unui ecosistem de a menține compoziția speciilor într-o stare relativ neschimbată.
Autoreglementarea este capacitatea unui ecosistem de a regla automat numărul de specii prin intermediul organelor biologice.
Biosferă. Structură și funcții
Biosferă- în 1875, biologul austriac Suess.
Aceasta este partea inferioară a atmosferei, întreaga hidrosferă, partea sa superioară a litosferei pământului, locuită de organisme vii.
Teoria originii vieții
Cosmologic Această ipoteză se bazează pe ideea că viața a fost adusă din spațiu
Teologic
Teoria I.A Oparina
Pentru experimentul său, Oparin a luat o sticlă cu o soluție de zaharuri
Coacervatele picăturii au absorbit zahărul. A apărut o aparență de membrană celulară.
În 1924, Oparin a publicat monografia „Originea vieții.” În 1926, „Biosfera” de V.I. Vernadsky. În monografia lui Vernadsky, se evidențiază 2 postulate:
Rolul biochimic planetar în natură aparține organismelor vii.
Biosfera are o organizare complexă.
Compoziția biosferei
Vernadsky identifică compoziția biosferei 7 tipuri de substante:
Inert– o substanță care există în natură înainte de apariția primelor organisme vii (apă, roci, lavă vulcanică)
Biokosnoe- o substanță de origine organică care are proprietăți de nevie. Rezultatul activității comune a organismelor vii (apă, sol, crustă de intemperii, roci sedimentare, materiale argiloase) și procese inerte (abiogene).
Biogene– o substanță de origine organică, eliberată în mediu în timpul proceselor lor de viață. (gaze atmosferice, cărbune, petrol, turbă, calcar, cretă, gunoi de pădure, humus de sol etc.)
Radioactiv
Atomi împrăștiați – 50 km
Substanță de origine cosmică
Materie vie- toate organismele vii care trăiesc în natură
Proprietățile organismelor
Ubicuitatea vieții - capacitatea organismelor vii de a trăi peste tot
Efectuarea reacțiilor redox
Capacitatea de a migra elemente chimice
Capacitatea de a migra gaze
Capacitatea de a efectua un mic ciclu de substanțe în natură
Capacitatea de a acumula și concentra elemente chimice în țesuturile cuiva
Omenirea a avut nevoie de toate cunoștințele adunate de oamenii de știință de-a lungul sutelor de ani pentru a începe zborurile în spațiu. Și atunci omul s-a confruntat cu o nouă problemă - pentru colonizarea altor planete și zboruri pe distanțe lungi, este necesar să se dezvolte un ecosistem închis, inclusiv furnizarea astronauților cu hrană, apă și oxigen. Livrarea alimentelor pe Marte, care se află la 200 de milioane de kilometri de Pământ, este costisitoare și dificilă; mai logic ar fi să găsim modalități de a produce produse ușor de implementat în zbor și pe Planeta Roșie.
Cum afectează microgravitația semințele? Ce legume ar fi inofensive dacă ar fi cultivate în sol bogat în metale grele de pe Marte? Cum să înființezi o plantație la bordul unei nave spațiale? Oamenii de știință și astronauții caută răspunsuri la aceste întrebări de mai bine de cincizeci de ani.
Ilustrația arată cosmonautul rus Maxim Suraev îmbrățișând plante în instalația Lada de la bordul Stației Spațiale Internaționale, 2014.
Konstantin Tsiolkovsky a scris în „Golurile astronomiei”: „Să ne imaginăm o suprafață lungă conică sau o pâlnie, a cărei bază sau deschidere largă este acoperită cu o suprafață sferică transparentă. Este direct cu fața spre Soare, iar pâlnia se rotește în jurul axei sale lungi (înălțimea). Pe pereții interiori opaci ai conului există un strat de pământ umed cu plante plantate în el.” Așa că a propus crearea artificială a gravitației pentru plante. Trebuie selectate plante prolifice, mici, fără trunchiuri groase și părți care nu sunt expuse la soare. În acest fel, colonizatorii pot fi asigurați parțial cu substanțe și microelemente biologic active și pot fi regenerate oxigenul și apa.
În 1962, proiectantul șef al OKB-1, Serghei Korolev, a stabilit sarcina: „Trebuie să începem să dezvoltăm „Sera (OR) conform lui Tsiolkovsky”, cu legături sau blocuri în creștere treptat și trebuie să începem să lucrăm la „ recolte cosmice.”
Manuscris de K.E. Tsiolkovsky „Albumul călătoriilor în spațiu”, 1933.
URSS a lansat pe 4 octombrie 1957 primul satelit artificial al Pământului pe orbită, la douăzeci și doi de ani de la moartea lui Ciolkovski. Deja în luna noiembrie a aceluiași an a fost trimisă în spațiu bătrânul Laika, primul dintre câinii care trebuia să deschidă oamenilor calea către spațiu. Laika a murit din cauza supraîncălzirii în doar cinci ore, deși zborul era planificat pentru o săptămână - pentru această dată ar fi fost suficient oxigen și mâncare.
Oamenii de știință au sugerat că problema a apărut din cauza unei orientări determinate genetic - răsadul ar trebui să se întindă spre lumină, iar rădăcina - în direcția opusă. Au îmbunătățit Oaza, iar următoarea expediție a luat noi semințe pe orbită.
Ceapa a crescut. Vitaly Sevastyanov a raportat Pământului că săgețile ajunseseră la zece până la cincisprezece centimetri. „Ce săgeți, ce arc? Înțelegem, asta e o glumă, ți-am dat mazăre, nu ceapă”, au spus aceștia de pe Pământ. Inginerul de zbor a răspuns că astronauții au luat doi bulbi de acasă pentru a-i planta dincolo de plan și i-a asigurat pe oamenii de știință - aproape toate mazărea încolțiseră.
Dar plantele au refuzat să înflorească. În această etapă au murit. Aceeași soartă a așteptat și lalelele, care au înflorit în instalația Buttercup de la Polul Nord, dar nu și în spațiu.
Dar puteai să mănânci ceapă, ceea ce cosmonauții V. Kovalenok și A. Ivanchenkov au făcut cu succes în 1978: „Ai făcut o treabă bună. Poate că acum vom avea voie să mâncăm o ceapă ca recompensă.”
Tehnologie – tineret, 1983-04, pag. 6. Mazăre în instalația Oasis
În aprilie 1980, cosmonauții V. Ryumin și L. Popov au primit instalația „Malachite” cu orhidee înflorite. Orhideele sunt atașate de scoarța copacilor și scobituri, iar oamenii de știință cred că pot fi mai puțin susceptibile la geotropism - capacitatea organelor plantelor de a localiza și crește într-o anumită direcție față de centrul globului. Florile au căzut după câteva zile, dar orhideele au format frunze noi și rădăcini aeriene. Puțin mai târziu, echipajul soviet-vietnamez de la V. Gorbatko și Pham Tuay a adus cu ei un Arabidopsis crescut.
Plantele nu au vrut să înflorească. Semințele au încolțit, dar, de exemplu, orhideea nu a înflorit în spațiu. Oamenii de știință trebuiau să ajute plantele să facă față imponderabilității. Acest lucru a fost realizat, printre altele, folosind stimularea electrică a zonei rădăcinii: oamenii de știință credeau că câmpul electromagnetic al Pământului ar putea influența creșterea. O altă metodă a implicat planul descris de Tsiolkovsky pentru a crea gravitația artificială - plantele au fost cultivate într-o centrifugă. Centrifuga a ajutat - mugurii au fost orientați de-a lungul vectorului forței centrifuge. În cele din urmă, astronauții și-au atins scopul. Arabidopsis a înflorit în Blocul de Lumină.
În stânga în imaginea de mai jos este sera Fiton de la bordul Salyut 7. Pentru prima dată în această seră orbitală, rizoidul lui Thal (Arabidopsis) a trecut printr-un ciclu complet de dezvoltare și a produs semințe. În mijloc se află „Svetoblok”, în care Arabidopsis a înflorit pentru prima dată la bordul Salyut-6. În dreapta se află sera de bord „Oasis-1A” la stația Salyut-7: era dotată cu un sistem de udare semiautomată dozată, aerare și stimulare electrică a rădăcinilor și putea muta vasele de vegetație cu plante în raport cu sursă de lumină.
„Fiton”, „Svetoblok” și „Oasis-1A”
Instalație „Trapez” pentru studiul creșterii și dezvoltării plantelor.
Seturi cu seminte
Jurnalul de zbor al stației Salyut-7, schițe de Svetlana Savitskaya
Prima seră automată din lume, Svet, a fost instalată în stația Mir. Cosmonauții ruși au efectuat șase experimente în această seră în anii 1990-2000. Au crescut salată verde, ridichi și grâu. În 1996-1997, Institutul de Probleme Medicale și Biologice al Academiei Ruse de Științe a planificat să crească semințe de plante obținute în spațiu - adică să lucreze cu două generații de plante. Pentru experiment, am ales un hibrid de varză sălbatică înalt de aproximativ douăzeci de centimetri. Planta avea un dezavantaj - astronauții aveau nevoie să polenizeze.
Rezultatul a fost interesant - semințele celei de-a doua generații au fost primite în spațiu și chiar au încolțit. Dar plantele au crescut la șase centimetri în loc de douăzeci și cinci. Margarita Levinskikh, cercetător la Institutul de Probleme Medicale și Biologice al Academiei Ruse de Științe, spune că magnifica lucrare de polenizare a plantelor a fost realizată de astronautul american Michael Fossum.
Videoclipul Roscosmos despre creșterea plantelor în spațiu. La 4:38 - uzine la statia Mir
În aprilie 2014, nava de marfă Dragon a SpaceX a livrat instalația de cultivare a legumelor la Stația Spațială Internațională, iar în martie, astronauții au început să testeze plantatorul orbital. Instalația controlează alimentarea cu lumină și nutrienți. În august 2015, în meniul astronauților, crescut în condiții de microgravitație.
Salată verde cultivată pe Stația Spațială Internațională
Așa ar putea arăta o plantație pe o stație spațială în viitor.
În segmentul rusesc al Stației Spațiale Internaționale există o seră Lada pentru experimentul Plants-2. La sfârșitul lui 2016 sau începutul lui 2017, versiunea Lada-2 va apărea la bord. Institutul de Probleme Medicale și Biologice al Academiei Ruse de Științe lucrează la aceste proiecte.
Horticultura spațială nu se limitează la experimente cu gravitate zero. Pentru a coloniza alte planete, oamenii vor trebui să dezvolte agricultura pe un sol diferit de cel de pe Pământ și într-o atmosferă care are o compoziție diferită. În 2014, biologul Michael Mautner a gătit sparanghel și cartofi pe pământ de meteoriți. Pentru a obține un sol potrivit pentru cultivare, meteoritul a fost măcinat în pulbere. Experimental, el a reușit să demonstreze că bacteriile, ciupercile microscopice și plantele pot crește pe sol de origine extraterestră. Materialul majorității asteroizilor conține fosfați, nitrați și uneori apă.
Sparanghel crescut pe sol de meteorit
În cazul lui Marte, unde există mult nisip și praf, nu va fi necesară șlefuirea rocii. Dar va apărea o altă problemă - compoziția solului. Solul lui Marte conține metale grele, din care o cantitate crescută în plante este periculoasă pentru oameni. Oamenii de știință din Olanda au imitat solul marțian și, din 2013, au cultivat zece culturi din mai multe tipuri de plante pe acesta.
Ca rezultat al experimentului, oamenii de știință au descoperit că conținutul de metale grele din mazăre, ridichi, secară și roșii cultivate pe solul marțian simulat nu este periculos pentru oameni. Oamenii de știință continuă să studieze cartofii și alte culturi.
Cercetătorul Wager Wamelink inspectează plantele crescute în solul marțian simulat. Foto: Joep Frissel/AFP/Getty Images
Conținutul de metal al culturilor recoltate pe Pământ și în soluri simulate de Lună și Marte
Una dintre sarcinile importante este crearea unui ciclu închis de susținere a vieții. Plantele primesc dioxid de carbon și deșeurile echipajului, în schimb dau oxigen și produc hrană. Oamenii de știință au posibilitatea de a folosi ca aliment algele unicelulare chlorella, care conțin 45% proteine și 20% grăsimi și carbohidrați. Dar acest aliment teoretic hrănitor nu este digerat de oameni din cauza peretelui celular dens. Există modalități de a rezolva această problemă. Pereții celulari pot fi sparți folosind metode tehnologice folosind tratament termic, măcinare fină sau alte metode. Poți lua cu tine enzime dezvoltate special pentru chlorella, pe care astronauții le vor lua cu mâncare. Oamenii de știință pot dezvolta, de asemenea, Chlorella OMG, al cărei perete poate fi descompus de enzimele umane. Chlorella nu este folosită în prezent pentru nutriție în spațiu, dar este folosită în ecosisteme închise pentru a produce oxigen.
Experimentul cu chlorella a fost efectuat la bordul stației orbitale Salyut-6. În anii 1970, încă se credea că starea în microgravitație nu avea un efect negativ asupra corpului uman - exista prea puține informații. De asemenea, au încercat să studieze efectul asupra organismelor vii folosind chlorella, al cărei ciclu de viață durează doar patru ore. Era convenabil să-l comparăm cu chlorella cultivată pe Pământ.
Dispozitivul IFS-2 a fost destinat creșterii ciupercilor, culturilor de țesuturi și microorganismelor și animalelor acvatice.
Începând cu anii 70, în URSS au fost efectuate experimente pe sisteme închise. În 1972, a început activitatea „BIOS-3” - acest sistem este încă în vigoare. Complexul este dotat cu camere pentru cultivarea plantelor în condiții artificiale controlate - fitotroni. Au cultivat grâu, soia, salată chufu, morcovi, ridichi, sfeclă, cartofi, castraveți, măcriș, varză, mărar și ceapă. Oamenii de știință au reușit să realizeze un ciclu închis de aproape 100% în apă și aer și până la 50-80% în nutriție. Principalele obiective ale Centrului Internațional pentru Sisteme Ecologice Închise sunt de a studia principiile de funcționare a unor astfel de sisteme de diferite grade de complexitate și de a dezvolta baza științifică pentru crearea lor.
Unul dintre experimentele de mare profil care simulează un zbor spre Marte și întoarcerea pe Pământ a fost. Timp de 519 zile, șase voluntari au fost ținuți într-un complex închis. Experimentul a fost organizat de Rocosmos și Academia Rusă de Științe, iar Agenția Spațială Europeană a devenit partener. Erau două sere „la bordul navei” - salata verde creștea într-una, mazărea creștea în cealaltă. În acest caz, scopul nu a fost acela de a cultiva plante în condiții apropiate de spațiu, ci de a afla cât de importante sunt plantele pentru echipaj. Prin urmare, ușile serei au fost sigilate cu un film opac și a fost instalat un senzor pentru a înregistra fiecare deschidere. În fotografia din stânga, Marina Tugusheva, membru al echipajului Mars 500, lucrează cu sere ca parte a unui experiment.
Un alt experiment la bordul „Mars-500” este GreenHouse. În videoclipul de mai jos, membrul expediției Alexey Sitnev vorbește despre experiment și arată o seră cu diverse plante.
Persoana va avea multe șanse. Riscă să se prăbușească în timpul aterizării, să înghețe la suprafață sau pur și simplu să nu ajungă. Și, desigur, mor de foame. Creșterea plantelor este necesară pentru formarea unei colonii, iar oamenii de știință și astronauții lucrează în această direcție, arătând exemple de succes de creștere a unor specii nu numai în condiții de microgravitație, ci și în solul simulat al lui Marte și al Lunii. Coloniștii spațiali vor avea cu siguranță ocazia.
Scanat și procesat de Yuri Abolonko (Smolensk)
NOU ÎN VIAȚĂ, ȘTIINȚĂ, TEHNOLOGIE
ABONAȚI-VĂ LA SERIA DE ȘTIINȚĂ POPULARĂ
COSMONAUTICĂ, ASTRONOMIE
7/1989
Publicat lunar din 1971.
Yu. I. Grishin
ECOSISTEME DE SPAȚIU ARTIFICIAL
În atașarea acestei probleme:
TURISM SPATIAL
CRONICA COSMONAUTICĂ
ȘTIRI ASTRONOMICE
Editura „Knowledge” Moscova 1989
BBK 39,67
G 82
Editor I. G. VIRKO
| Introducere | 3 |
| Omul într-un ecosistem natural | 5 |
| O navă spațială cu un echipaj este un ecosistem artificial | 11 |
| Cursa de ștafete a substanțelor din ciclul biologic | 21 |
| Ecosistemele au eficiență? | 26 |
| Ecosistemele biosferei artificiale și naturale: asemănări și diferențe | 32 |
| Despre sistemele biologice de susținere a vieții pentru echipajele spațiale | 36 |
| Plantele verzi ca veriga principală în sistemele biologice de susținere a vieții | 39 |
| Realizări și perspective | 44 |
| Concluzie | 53 |
| Literatură | 54 |
APLICARE | |
| Turism spatial | 55 |
| Cronica astronauticii | 57 |
| Știri de Astronomie | 60 |
Grishin Yu. I.
| G 82 |
ISBN 5-07-000519-7
Broșura este dedicată problemelor suportului vital pentru echipajele navelor spațiale și viitoarele structuri spațiale pe termen lung. Sunt luate în considerare diverse modele de sisteme ecologice artificiale, inclusiv oameni și alte legături biologice. Broșura este destinată unei game largi de cititori.
3500000000BBK 39,67
ISBN 5-07-000519-7© Editura „Cunoașterea”, 1989
INTRODUCERE
Începutul secolului XXI poate intra în istoria dezvoltării civilizației pământești ca o etapă calitativ nouă în explorarea spațiului circumsolar: așezarea directă a obiectelor spațiale naturale și create artificial cu o ședere îndelungată a oamenilor pe aceste obiecte.
Se pare că recent primul satelit artificial Pământului a fost lansat pe orbita spațială joasă a Pământului (1957), s-a făcut primul zbor și fotografie a părții îndepărtate a Lunii (1959), primul om a fost în spațiu (Yu. A Gagarin, 1961), un film incitant a fost prezentat la televizor momentul plimbării în spațiu a omului (A. A. Leonov, 1965) și au fost demonstrați primii pași ai astronauților pe suprafața Lunii (N. Armstrong și E. Aldrin, 1969). Dar în fiecare an, acestea și multe alte evenimente remarcabile ale erei spațiale devin un lucru din trecut și devin istorie. Ele, de fapt, sunt doar începutul întruchipării ideilor formulate de marele K. E. Tsiolkovsky, care a considerat spațiul nu doar ca spațiu astronomic, ci și ca mediu pentru locuirea umană și viața în viitor. El credea că „dacă viața nu ar fi distribuită în tot universul, dacă ar fi limitată la o planetă, atunci această viață ar fi adesea imperfectă și supusă unui final trist” (1928).
Astăzi, posibile opțiuni pentru evoluția biologică umană sunt deja prezise în legătură cu așezarea unei părți semnificative a populației în afara Pământului, sunt dezvoltate posibile modele de explorare a spațiului și impactul transformator al programelor spațiale asupra naturii, economiei și se evaluează relaţiile sociale. Problemele de autosuficiență parțială sau completă a așezărilor în spațiu folosind sisteme biotehnice închise de susținere a vieții, problemele creării de baze lunare și planetare, industria și construcția spațială, precum și utilizarea surselor și materialelor de energie extraterestre sunt, de asemenea, luate în considerare și rezolvate.
Cuvintele lui K. E. Tsiolkovsky încep să devină adevărate că „omenirea nu va rămâne pe Pământ pentru totdeauna, dar în căutarea luminii și a spațiului, va pătrunde mai întâi timid dincolo de atmosferă, apoi va cuceri întreg spațiul circumsolar” (1911).
La recentele reuniuni și forumuri internaționale privind cooperarea în spațiu, în interesul extinderii în continuare a cercetării științifice din apropierea Pământului și al spațiului aproape solar, studiul lui Marte, Lunii și alte planete ale sistemului solar, s-au exprimat speranțe că implementarea de programe spațiale mari care necesită resurse materiale și tehnice și costuri financiare enorme, vor fi realizate prin eforturile comune ale multor țări în cadrul cooperării internaționale. „Numai mintea colectivă a umanității este capabilă să se deplaseze în înălțimile spațiului apropiat de Pământ și mai departe în spațiul aproape solar și stelar”, a spus M. S. Gorbaciov în discursul său adresat reprezentanților străini ai mișcării comuniste - participanți la celebrarea 70 de ani de la Marea Revoluție din Octombrie.
Una dintre cele mai importante condiții pentru explorarea ulterioară a spațiului cosmic de către om este asigurarea vieții și activităților sigure ale oamenilor în timpul șederii lor prelungite și a muncii în stațiile spațiale, nave spațiale, baze planetare și lunare îndepărtate de Pământ.
Cea mai eficientă modalitate de a rezolva această problemă cea mai importantă, așa cum cred astăzi mulți cercetători interni și străini, este crearea de sisteme biotehnice închise de susținere a vieții în structuri spațiale locuite pe termen lung, adică sisteme ecologice spațiale artificiale care includ oameni și alte legături biologice. .
În această broșură vom încerca să subliniem principiile de bază ale construcției unor astfel de sisteme, să furnizăm informații cu privire la rezultatele unor experimente mari la sol efectuate în pregătirea creării sistemelor biotehnice de susținere a vieții spațiale și să indicăm problemele care mai trebuie să fie rezolvate. rezolvate pe Pământ și în spațiu pentru a asigura fiabilitatea necesară funcționării acestor sisteme în condiții de spațiu.
OM ÎNTR-UN ECOSISTEM NATURAL
Înainte de a trimite o persoană într-o călătorie lungă în spațiu, vom încerca mai întâi să răspundem la întrebările: de ce are nevoie pentru a trăi normal și pentru a lucra fructuos pe Pământ și cum se rezolvă problema suportului vieții umane pe planeta noastră?
Răspunsurile la aceste întrebări sunt necesare pentru a crea sisteme de susținere a vieții pentru echipajele de pe nave spațiale cu echipaj, stații orbitale și structuri și baze extraterestre. Putem considera pe bună dreptate Pământul nostru ca o navă spațială uriașă de origine naturală, care își face zborul spațial orbital nesfârșit în jurul Soarelui de 4,6 miliarde de ani. Echipajul acestei nave este astăzi format din 5 miliarde de oameni. Populația în creștere rapidă a Pământului, care până la începutul secolului al XX-lea. era de 1,63 miliarde de oameni, iar în pragul secolului XXI. ar trebui să ajungă deja la 6 miliarde, cea mai bună dovadă a prezenței unui mecanism destul de eficient și de încredere pentru susținerea vieții umane pe Pământ.
Deci, de ce are nevoie o persoană de pe Pământ pentru a-și asigura viața și activitățile normale? Cu greu este posibil să dam un răspuns scurt, dar cuprinzător: toate aspectele vieții, activității și intereselor umane sunt prea extinse și cu mai multe fațete. Restaurați în detaliu cel puțin o zi din viața voastră și veți vedea că o persoană nu are nevoie atât de puțin.
Satisfacerea nevoilor unei persoane de hrană, apă și aer, care sunt nevoi fiziologice de bază, este condiția principală pentru viața și activitatea sa normală. Cu toate acestea, această condiție este indisolubil legată de alta: corpul uman, ca orice alt organism viu, există în mod activ datorită metabolismului din interiorul corpului și cu mediul extern.
Consumând oxigen, apă, nutrienți, vitamine și săruri minerale din mediu, corpul uman le folosește pentru a-și construi și reînnoi organele și țesuturile, primind în același timp toată energia necesară vieții din proteine, grăsimi și carbohidrați din alimente. Produsele reziduale sunt excretate din organism în mediu.
După cum se știe, intensitatea metabolismului și a energiei în corpul uman este de așa natură încât un adult poate supraviețui fără oxigen doar câteva minute, fără apă timp de aproximativ 10 zile și fără hrană până la 2 luni. Impresia exterioară că corpul uman nu suferă modificări este înșelătoare și incorectă. Schimbările în organism apar continuu. Potrivit lui A.P. Myasnikov (1962), în timpul zilei în corpul unui adult care cântărește 70 kg, 450 de miliarde de eritrocite, de la 22 la 30 de miliarde de leucocite, de la 270 la 430 de miliarde de trombocite sunt înlocuite și mor, aproximativ 125 g de proteine sunt sparte. puf , 70 g de grăsime și 450 g de carbohidrați cu eliberarea a peste 3000 kcal de căldură, 50% din celulele epiteliale ale tractului gastrointestinal, 1/75 din celulele osoase ale scheletului și 1/20 din toate celulele pielii tegumentare ale corpului sunt restaurate și mor (adică la fiecare 20 de zile o persoană își „schimbă complet pielea”), aproximativ 140 de fire de păr de pe cap și 1/150 din toate genele cad și sunt înlocuite cu altele noi etc. În medie, se fac 23.040 de inhalări și expirații, 11.520 de litri trec prin aerul plămânilor, 460 de litri de oxigen sunt absorbiți, 403 de litri de dioxid de carbon și 1,2–1,5 litri de urină care conțin până la 30 g de substanțe dense sunt excretate din organism. , prin plămâni se evaporă 0,4 litri și se formează aproximativ 0,6 litri de apă care conțin 10 g de substanțe dense, 20 g de sebum.
Aceasta este intensitatea metabolismului unei persoane într-o singură zi!
Astfel, o persoană eliberează constant, de-a lungul vieții, produse metabolice și energie termică generată în organism ca urmare a descompunerii și oxidării alimentelor, eliberării și transformării energiei chimice stocate în alimente. Produsele metabolice eliberate și căldura trebuie îndepărtate constant sau periodic din organism, menținând nivelul cantitativ al metabolismului în deplină concordanță cu gradul activității sale fiziologice, fizice și psihice și asigurând un echilibru în schimbul de materie și energie între organism. și mediul înconjurător.
Toată lumea știe cum aceste nevoi fiziologice de bază ale unei persoane sunt realizate în viața reală de zi cu zi: cei cinci miliarde de echipaj al navei spațiale „Planeta Pământ” primește sau produce tot ceea ce este necesar pentru viața lor pe baza rezervelor și produselor planetei, care se hrănește. , le uda si imbraca, ajuta la cresterea numarului lor, protejeaza cu atmosfera sa toate vietuitoarea de efectele adverse ale razelor cosmice. Să prezentăm câteva cifre care caracterizează clar amploarea principalului „schimb de bunuri” dintre om și natură.
Prima nevoie constantă a omului este să respire aer. „Nu poți respira prea mult aer”, spune un proverb rus. Dacă fiecare persoană are nevoie în medie de 800 g de oxigen în fiecare zi, atunci întreaga populație a Pământului ar trebui să consume 1,5 miliarde de tone de oxigen pe an. Atmosfera Pământului are uriașe rezerve regenerabile de oxigen: cu o greutate totală a atmosferei Pământului de aproximativ 5 ∙ 10 15 tone, oxigenul este de aproximativ 1/5, ceea ce este de aproape 700 de mii de ori mai mult decât consumul anual de oxigen al întregului Pământ. populația Pământului. Desigur, pe lângă oameni, oxigenul atmosferic este folosit de lumea animală și este cheltuit și pe alte procese oxidative, a căror scară pe planetă este enormă. Cu toate acestea, procesele de reducere inversă nu sunt mai puțin intense: datorită fotosintezei, datorită energiei radiante a Soarelui, plantele de pe uscat, mări și oceane leagă în mod constant dioxidul de carbon eliberat de organismele vii în procesele oxidative într-o varietate de compuși organici cu eliberare simultană de oxigen molecular. Potrivit geochimiștilor, toate plantele de pe Pământ eliberează 400 de miliarde de tone de oxigen anual, în timp ce leagă 150 de miliarde de tone de carbon (din dioxid de carbon) cu 25 de miliarde de tone de hidrogen (din apă). Nouă zecimi din această producție este produsă de plante acvatice.
În consecință, problema furnizării oamenilor de oxigen din aer este rezolvată cu succes pe Pământ în principal prin procesele de fotosinteză din plante.
Următoarea nevoie umană cea mai importantă este apa.
În corpul uman, acesta este mediul în care au loc numeroase reacții biochimice ale proceselor metabolice. Reprezentând 2/3 din greutatea corpului uman, apa joacă un rol uriaș în asigurarea funcțiilor sale vitale. Apa este asociată nu numai cu furnizarea de nutrienți a organismului, cu absorbția, distribuția și asimilarea acestora, ci și cu eliberarea produselor finite metabolice.
Apa intră în corpul uman sub formă de băutură și mâncare. Cantitatea de apă necesară corpului unui adult variază de la 1,5 - 2 la 10 - 15 litri pe zi și depinde de activitatea sa fizică și de condițiile de mediu. Deshidratarea organismului sau restricția excesivă a aportului de apă duce la o întrerupere bruscă a funcțiilor acestuia și la otrăvire cu produse metabolice, în special cu azot.
O cantitate suplimentară de apă este necesară pentru ca o persoană să satisfacă nevoile sanitare și casnice (spălare, spălare, producție, creșterea animalelor etc.). Această cantitate depășește semnificativ norma fiziologică.
Cantitatea de apă de pe suprafața Pământului este enormă; volumul acesteia este de peste 13,7 ∙ 10 8 km 3 . Cu toate acestea, rezervele de apă dulce potrivită pentru băut sunt încă limitate. Cantitatea de precipitații (apă dulce) care cad în medie pe an pe suprafața continentelor ca urmare a ciclului apei pe Pământ este de numai aproximativ 100 mii km 3 (1/5 din cantitatea totală de precipitații de pe Pământ). Și doar o mică parte din această cantitate este folosită eficient de oameni.
Astfel, pe nava spațială Pământ, rezervele de apă pot fi considerate nelimitate, dar consumul de apă curată proaspătă necesită o abordare economică.
Alimentele servesc organismului uman ca sursă de energie și substanțe implicate în sinteza componentelor tisulare, în reînnoirea celulelor și a elementelor lor structurale. Organismul realizează continuu procesele de oxidare biologică a proteinelor, grăsimilor și carbohidraților furnizați cu alimente. O dietă nutritivă ar trebui să includă cantitățile necesare de aminoacizi, vitamine și minerale. Substanțele alimentare, de obicei descompuse de enzimele din tractul digestiv în compuși mai simpli, cu o moleculă scăzută (aminoacizi, monozaharide, acizi grași și multe altele), sunt absorbite și distribuite de sânge în întregul organism. Produșii finali ai oxidării alimentelor sunt cel mai adesea dioxidul de carbon și apa, care sunt excretați din organism ca deșeuri. Energia eliberată în timpul oxidării alimentelor este parțial stocată în organism sub formă de compuși îmbogățiți cu energie și parțial transformată în căldură și disipată în mediu.
Cantitatea de hrană de care are nevoie organismul depinde în primul rând de intensitatea activității sale fizice. Energia metabolismului bazal, adică un astfel de metabolism atunci când o persoană este în repaus complet, este în medie de 1700 kcal pe zi (pentru bărbații cu vârsta sub 30 de ani și cântărind până la 70 kg). În acest caz, se cheltuiește numai pentru implementarea proceselor fiziologice (respirație, funcția inimii, motilitatea intestinală etc.) și asigurarea constantă a temperaturii normale a corpului (36,6 ° C).
Activitatea fizică și mentală a unei persoane necesită o creștere a cheltuielilor de energie de către organism și un consum de mai multe alimente. S-a stabilit că consumul zilnic de energie al unei persoane în timpul muncii mentale și fizice moderate este de aproximativ 3000 kcal. Dieta zilnică a unei persoane ar trebui să aibă același conținut de calorii. Conținutul caloric al dietei este calculat aproximativ pe baza valorilor cunoscute ale căldurii degajate în timpul oxidării complete a fiecărui gram de proteine (4,1 kcal), grăsimi (9,3 kcal) și carbohidrați (4,1 kcal). Raportul adecvat de proteine, grăsimi și carbohidrați din dietă este stabilit de medicină în conformitate cu nevoile fiziologice ale unei persoane și include de la 70 la 105 g de proteine, de la 50 la 150 g de grăsimi și de la 300 la 600 g de carbohidrați. cu o valoare calorică a dietei. Variațiile în compoziția dietei în proteine, grăsimi și carbohidrați apar, de regulă, din cauza modificărilor activității fizice a organismului, dar depind și de obiceiurile unei persoane, de tradițiile alimentare naționale, de disponibilitatea unui anumit produs alimentar și, de desigur, oportunități sociale specifice pentru satisfacerea nevoilor nutriționale.
Fiecare dintre nutrienți îndeplinește funcții specifice în organism. Acest lucru se aplică în special proteinelor care conțin azot, care nu face parte din alți nutrienți, dar este necesar pentru restabilirea propriilor proteine în corpul uman. Se estimează că în corpul unui adult sunt distruse cel puțin 17 g de proteine proprii pe zi, care trebuie restabilite prin alimente. Prin urmare, această cantitate de proteine este minimă necesară în dieta fiecărei persoane.
Grăsimile și carbohidrații pot fi înlocuite în mare măsură între ele, dar până la anumite limite.
Hrana umană obișnuită acoperă complet necesarul de proteine, grăsimi și carbohidrați a organismului și, de asemenea, îi furnizează mineralele și vitaminele necesare.
Cu toate acestea, spre deosebire de rezervele nelimitate de oxigen (aer) și apă potabilă, care sunt încă suficiente pe planetă și al căror consum este strict raționalizat doar în anumite regiuni, de obicei aride, cantitatea de produse alimentare este limitată de scăderea productivitatea ciclului natural trofic (alimentar), format din trei niveluri principale: plante – animale – oameni. Într-adevăr, plantele formează biomasă folosind doar 0,2% din energia solară care vine pe Pământ. Atunci când consumă biomasă vegetală pentru hrană, animalele cheltuiesc nu mai mult de 10-12% din energia pe care o asimilează pentru propriile nevoi. În cele din urmă, o persoană, consumând alimente de origine animală, satisface nevoile energetice ale corpului său cu o rată de utilizare foarte scăzută a energiei solare inițiale.
Satisfacerea nevoilor nutritionale a fost intotdeauna cea mai dificila sarcina a omului. Utilizarea pasivă a capacităților naturii în această direcție este limitată, deoarece cea mai mare parte a globului este acoperită de oceane și deșerturi cu productivitate biologică scăzută. Doar anumite regiuni ale Pământului, caracterizate prin condiții climatice favorabile stabile, asigură o productivitate primară ridicată a substanțelor, care, apropo, nu sunt întotdeauna acceptabile din punctul de vedere al nevoilor nutriționale umane. Creșterea populației Pământului, dispersarea acesteia pe toate continentele și zonele geografice ale planetei, inclusiv zonele cu condiții climatice nefavorabile, precum și epuizarea treptată a surselor naturale de hrană au condus la o stare în care satisfacerea nevoilor de hrană de pe Pământ a devenit o problemă umană universală. Astăzi se crede că deficitul global de proteine din dietă este de 15 milioane de tone pe an. Aceasta înseamnă că cel puțin 700 de milioane de oameni din lume sunt subnutriți în mod sistematic. Și asta în ciuda faptului că umanitatea la sfârșitul secolului al XX-lea. În general, se distinge printr-o organizare socială destul de ridicată, realizări majore în dezvoltarea științei, tehnologiei, industriei și producției agricole și o înțelegere profundă a unității sale în compoziție, a biosferei planetei.
Hrana este un factor important de mediu nu numai pentru oameni, ci și pentru toate animalele. În funcție de disponibilitatea hranei, diversitatea, calitatea și cantitatea acesteia, caracteristicile unei populații de organisme vii (fertilitate și mortalitate, speranța de viață, rata de dezvoltare etc.) se pot schimba semnificativ. Conexiunile alimentare (trofice) dintre organismele vii, așa cum se va arăta mai jos, stau la baza atât ciclului biologic al substanțelor (terestre) din biosfere, cât și sistemelor ecologice artificiale care includ oamenii.
Pământul va putea oferi celor care trăiesc pe el tot ceea ce au nevoie pentru o lungă perioadă de timp, dacă omenirea folosește resursele planetei în mod mai rațional și mai atent, rezolvă problemele transformării naturii într-un mod ecologic, elimină cursa înarmărilor și pune un sfârşitul armelor nucleare.
Baza științifică pentru rezolvarea problemei de susținere a vieții omenirii pe Pământ, formulată de V.I.Vernadsky, constă în tranziția biosferei Pământului în noosferă, adică într-o biosferă care a fost schimbată de gândirea științifică și transformată pentru a satisface toate nevoile unei umanități în creștere numerică (sfera rațiunii). V.I. Vernadsky a presupus că, având originea pe Pământ, noosfera, pe măsură ce omul explorează spațiul circumstelar, ar trebui să se transforme într-un element structural special al spațiului.
NAVA SPATIALA CU ECHIPAJ – ECOSISTEM ARTIFICIAL
Cum să rezolvi problema de a oferi echipajului unei nave spațiale hrană proaspătă, variată, apă curată și aer dătător de viață? Desigur, cel mai simplu răspuns este să iei tot ce ai nevoie cu tine. Aceasta este ceea ce fac ei în cazul zborurilor cu echipaj pe termen scurt.
Pe măsură ce durata zborului crește, sunt necesare mai multe provizii. Prin urmare, este necesar să se regenereze unele substanțe consumabile (de exemplu, apa), să se prelucreze deșeurile umane și deșeurile din procesele tehnologice ale unor sisteme de nave (de exemplu, absorbanții de dioxid de carbon regenerat) pentru a reutiliza aceste substanțe și a reduce rezervele inițiale.
Soluția ideală pare să fie implementarea unei circulații complete (sau aproape complete) a substanțelor într-un volum limitat al unui spațiu locuit „casă”. Cu toate acestea, o astfel de soluție complexă poate fi benefică și practic fezabilă doar pentru expedițiile spațiale mari care durează mai mult de 1,5 - 3 ani (A. M. Genin, D. Talbot, 1975). Rolul decisiv în crearea ciclului de substanțe în astfel de expediții este de obicei atribuit proceselor de biosinteză. Funcțiile de aprovizionare a echipajului cu hrană, apă și oxigen, precum și eliminarea și prelucrarea produselor metabolice și menținerea parametrilor necesari ai habitatului echipajului pe o navă, stație etc. sunt atribuite așa-numitelor sisteme de susținere a vieții (LSS). ). O reprezentare schematică a principalelor tipuri de sisteme de susținere a vieții pentru echipajele spațiale este prezentată în Fig. 1.
 Orez. 1. Scheme ale principalelor tipuri de sisteme de susținere a vieții pentru echipajele spațiale: 1 – sistem în rezervă (toate deșeurile sunt îndepărtate); 2 – sistem pe rezerve cu regenerare parțială fizico-chimică a substanțelor (PCR) (o parte din deșeuri este îndepărtată, o parte din rezerve pot fi reînnoite); 3 – sistem cu FCR parțial și regenerare biologică parțială a substanțelor de către plante (BR) cu unitate de corectare a deșeurilor (BC); 4 – sistem cu regenerare complet închisă a substanțelor (rezervele sunt limitate de microaditivi). Denumiri: E – energie radiantă sau termică, IE – sursă de energie, O – deșeuri, BB – biobloc cu animale, linie punctată – proces opțional |
Sistemele de susținere a vieții ale echipajelor spațiale sunt complexe extrem de complexe. Trei decenii din era spațială au confirmat eficiența și fiabilitatea suficientă a sistemelor de susținere a vieții create, care au fost operate cu succes pe navele spațiale sovietice Vostok și Soyuz, pe americanii Mercury, Gemini și Apollo, precum și pe orbitalul Salyut și Skylab. statii" Lucrările complexului de cercetare Mir cu un sistem îmbunătățit de susținere a vieții la bord continuă. Toate aceste sisteme au asigurat zboruri pentru peste 200 de cosmonauți din diverse țări.
Principiile construcției și exploatării sistemelor de susținere a vieții care au fost și sunt utilizate în prezent pentru zborurile spațiale sunt larg cunoscute. Ele se bazează pe utilizarea proceselor de regenerare fizică și chimică. În același timp, problema utilizării proceselor de biosinteză în LSS spațial, și cu atât mai mult problema construirii LSS biotehnice închise pentru zborurile spațiale, rămâne încă deschisă.
Există puncte de vedere diferite, uneori direct opuse, cu privire la posibilitatea și fezabilitatea implementării practice a unor astfel de sisteme în general și în nave spațiale în special. Argumentele împotriva sunt prezentate după cum urmează: complexitate, lipsă de cunoștințe, intensitate energetică, nefiabilitate, inadaptabilitate etc. Cu toate acestea, marea majoritate a experților consideră că toate aceste probleme sunt rezolvabile, iar utilizarea sistemelor biotehnice de susținere a vieții ca parte a viitoare mari așezări spațiale, baze lunare, planetare și interplanetare și alte structuri extraterestre îndepărtate - inevitabile.
Includerea în sistemul de susţinere a vieţii echipajului, alături de numeroase dispozitive tehnice, a unor unităţi biologice, a căror funcţionare se realizează conform legilor complexe ale dezvoltării materiei vii, necesită o abordare calitativ nouă, ecologică, a formării biotehnice. sisteme de susținere a vieții, în care trebuie să se realizeze un echilibru dinamic stabil și o consistență a fluxurilor de materie și energie în toate verigile. În acest sens, orice navă spațială locuibilă ar trebui considerată ca un sistem ecologic artificial.
O navă spațială locuită include cel puțin o legătură biologică care funcționează activ - o persoană (echipaj) cu microflora sa. În același timp, oamenii și microflora există în interacțiune cu mediul creat artificial în navele spațiale, asigurând un echilibru dinamic stabil al sistemului biologic în ceea ce privește fluxurile de materie și energie.
Astfel, chiar și cu asigurarea completă a vieții echipajului din navă spațială din cauza rezervelor de substanțe și în absența altor legături biologice, nava spațială locuibilă este deja un sistem ecologic spațial artificial. Poate fi izolat complet sau parțial în materie de mediul exterior (spațiul exterior), dar izolarea sa energetică (termică) de acest mediu este complet exclusă. Un schimb constant de energie cu mediul înconjurător, sau cel puțin o îndepărtare constantă a căldurii, este o condiție necesară pentru funcționarea oricărui ecosistem spațial artificial.
Secolul XXI pune sarcini noi, și mai ambițioase pentru umanitate în explorarea ulterioară a spațiului cosmic. (Aparent, ar fi mai corect să spunem că omenirea stabilește aceste sarcini pentru secolul XXI.) Aspectul specific al viitorului ecosistem spațial poate fi determinat în funcție de scopul și orbita structurii spațiale (nave spațiale interplanetare cu echipaj, aproape de Stație orbitală Pământului, bază lunară, bază marțiană, platformă spațială de construcție, complex de structuri rezidențiale pe asteroizi etc.), dimensiunea echipajului, durata de funcționare, alimentarea cu energie și echipamentul tehnic și, bineînțeles, gradul de pregătire a anumitor tehnologii tehnologice. procese, inclusiv procese de biosinteză controlată și procese de transformare controlată a materiei și energiei în legăturile biologice ale ecosistemelor.
Astăzi putem spune că sarcinile și programele cercetării spațiale avansate au fost definite în URSS și SUA la nivel de stat până aproximativ în anul 2000. În ceea ce privește sarcinile secolului următor, oamenii de știință încă vorbesc sub formă de prognoze. Astfel, rezultatele unui studiu publicat în 1984 (și realizat încă în 1979 de un angajat al Rand Corporation printr-un chestionar a 15 specialiști de top din Statele Unite și Marea Britanie) au scos la iveală o imagine reflectată în următorul tabel:
| Ani | Conținutul scenei |
| 2020 –2030 | Colonizarea Lunii și a spațiului cosmic de către contingente mari de oameni (peste 1000 de persoane). |
| 2020 – 2071 | Dezvoltarea inteligenței umane artificiale. |
| 2024 – 2037 | Primul zbor cu echipaj uman către Jupiter. |
| 2030 – 2050 | Zboruri în cadrul Sistemului Solar, utilizarea resurselor naturale ale Sistemului Solar, inclusiv Luna. |
| 2045 – 2060 | Primul zbor al unei sonde fără pilot dincolo de sistemul solar. |
| 2045 – 2070 | Primul zbor cu echipaj până la granițele sistemului solar. |
| 2050 – 2100 | Stabilirea de contacte cu inteligența extraterestră. |
Celebrul fizician american J. O'Neil, care se ocupă de problemele viitoarelor așezări spațiale ale omenirii, și-a publicat prognoza încă din 1974, care în 1988 presupunea că 10 mii de oameni vor lucra în spațiu.Această prognoză nu s-a adeverit, dar astăzi mulți experți Se crede că până în 1990, 50-100 de oameni vor lucra continuu în spațiu.
Cunoscutul specialist Dr. Puttkamer (Germania) consideră că perioada 1990-2000 va fi caracterizată de începutul așezării spațiului apropiat de Pământ, iar după anul 2000 trebuie asigurată autonomia locuitorilor spațiului și un habitat închis ecologic. sistemul trebuie creat.
Calculele arată că, odată cu creșterea duratei șederii unei persoane în spațiu (până la câțiva ani), odată cu creșterea dimensiunii echipajului și odată cu creșterea distanței navei spațiale față de Pământ, apare nevoia de a efectua regenerarea substanțelor consumabile, și mai ales a alimentelor, direct la bordul navei spațiale. În același timp, nu doar indicatorii tehnici și economici (masă și energie) mărturisesc în favoarea susținerii biologice a vieții, ci și, nu mai puțin importanți, indicatorii fiabilității biologice a oamenilor ca verigă determinantă în ecosistemul spațial artificial. Să explicăm mai detaliat pe acesta din urmă.
Există o serie de legături studiate (și până acum neexplorate) între corpul uman și natura vie, fără de care activitatea sa de succes pe termen lung este imposibilă. Acestea includ, de exemplu, legăturile sale trofice naturale, care nu pot fi înlocuite complet cu alimente din proviziile depozitate pe navă. Astfel, unele vitamine care sunt absolut necesare omului (carotenoizi alimentari, acid ascorbic etc.) sunt instabile în timpul depozitării: în condiții terestre, termenul de valabilitate, de exemplu, a vitaminelor C și P este de 5-6 luni. Sub influența condițiilor spațiale, în timp, are loc o restructurare chimică a vitaminelor, în urma căreia acestea își pierd activitatea fiziologică. Din acest motiv, ele trebuie fie să fie reproduse biologic în mod constant (sub formă de alimente proaspete, cum ar fi legume), fie livrate în mod regulat de pe Pământ, așa cum a fost cazul în timpul zborului spațial anual de record pe stația Mir. În plus, studiile medicale și biologice au arătat că, în condițiile zborului în spațiu, astronauții necesită un aport crescut de vitamine. Astfel, în timpul zborurilor din cadrul programului Skylab, consumul astronauților de vitamine B și vitamina C (acid ascorbic) a crescut de aproximativ 10 ori, vitamina A (axeroftol) - de 2 ori, vitamina D (calciferol) - puțin mai mare decât norma pământească. De asemenea, acum s-a stabilit că vitaminele de origine biologică au avantaje clare față de preparatele purificate din aceleași vitamine obținute chimic. Acest lucru se datorează faptului că biomasa conține vitamine în combinație cu o serie de alte substanțe, inclusiv stimulente, iar atunci când sunt consumate, acestea au un efect mai eficient asupra metabolismului unui organism viu.
Se știe că produsele alimentare naturale din plante conțin toate proteinele vegetale (aminoacizi), lipide (acizi grași esențiali), întregul complex de vitamine solubile în apă și parțial liposolubile, carbohidrați, substanțe biologic active și fibre. Rolul acestor componente alimentare în metabolism este enorm (V.I. Yazdovsky, 1988). Desigur, procesul existent de preparare a rațiilor spațiale, care implică regimuri dure de prelucrare (mecanice, termice, chimice), nu poate decât să reducă eficiența componentelor individuale importante ale alimentelor în metabolismul uman.
Aparent, ar trebui luat în considerare și posibilul efect cumulativ al radiațiilor radioactive cosmice asupra produselor alimentare depozitate mult timp pe navă.
În consecință, doar respectarea conținutului de calorii al alimentelor cu norma stabilită nu este suficientă; este necesar ca mâncarea astronautului să fie cât mai variată și proaspătă posibil.
Descoperirea de către biologii francezi a capacității apei pure de a „aminti” anumite proprietăți ale moleculelor active biologic și apoi de a transmite aceste informații celulelor vii pare să înceapă să clarifice înțelepciunea populară antică a zânelor despre apa „vie” și „moartă”. Dacă această descoperire este confirmată, atunci apare o problemă fundamentală a regenerării apei pe navele spațiale pe termen lung: apa este purificată sau obținută prin metode fizice și chimice în mai multe cicluri izolate capabilă să înlocuiască apa „vie” biologic activă?
De asemenea, se poate presupune că o ședere lungă într-un volum izolat al unei nave spațiale cu un habitat gazos artificial obținut prin mijloace chimice nu este indiferentă față de corpul uman, toate generațiile din care au existat într-o atmosferă de origine biogenă, a cărei compoziție. este mai divers. Nu este întâmplător faptul că organismele vii au capacitatea de a distinge izotopii anumitor elemente chimice (inclusiv izotopii stabili ai oxigenului O 16, O 17, O 18), precum și de a detecta mici diferențe în puterea legăturilor chimice ale izotopilor din molecule. H 2 O, CO 2 etc. Se știe că greutatea atomică a oxigenului depinde de sursa producerii acestuia: oxigenul din aer este puțin mai greu decât oxigenul din apă. Organismele vii „simt” această diferență, deși numai spectrometrele speciale de masă o pot determina cantitativ. Respirația prelungită a oxigenului pur chimic în condiții de zbor spațial poate duce la intensificarea proceselor oxidative în corpul uman și la modificări patologice în țesutul pulmonar.
Trebuie remarcat faptul că aerul, care este de origine biogenă și îmbogățit cu fitoncide vegetale, joacă un rol deosebit pentru oameni. Fitoncidele sunt substanțe biologic active produse în mod constant de plante care ucid sau suprimă bacteriile, ciupercile microscopice și protozoarele. Prezența fitoncidelor în aerul din jur este, de regulă, benefică pentru corpul uman și provoacă o senzație de prospețime în aer. De exemplu, comandantul celui de-al treilea echipaj american al stației Skylab a subliniat că echipajului său îi plăcea să inhaleze aer îmbogățit cu fitoncide de lămâie.
În cazurile cunoscute de infecție umană cu bacterii care se instalează în aparatele de aer condiționat („Boala legionarului”), fitoncidele ar fi un dezinfectant puternic, iar în raport cu sistemele de aer condiționat din ecosisteme închise ar putea elimina această posibilitate. După cum au arătat cercetările lui M. T. Dmitriev, fitoncidele pot acționa nu numai direct, ci și indirect, crescând capacitatea bactericidă a aerului și crescând conținutul de ioni negativi de lumină, care au un efect benefic asupra organismului uman. Acest lucru reduce numărul de ioni pozitivi grei nedoriți din aer. Fitoncidele, care sunt purtători unici ai funcției de protecție a plantelor de microflora mediului, nu sunt doar eliberate în aerul din jurul plantei, ci sunt și conținute în biomasa plantelor înseși. Usturoiul, ceapa, muștarul și multe alte plante sunt cele mai bogate în fitoncide. Consumându-le ca hrană, o persoană duce o luptă imperceptibilă, dar foarte eficientă, împotriva microflorei infecțioase care pătrunde în organism.
Vorbind despre importanța legăturilor biologice într-un ecosistem spațial artificial pentru oameni, nu se poate să nu remarcăm rolul pozitiv deosebit al plantelor superioare ca factor în reducerea stresului emoțional al astronauților și îmbunătățirea confortului psihologic. Toți astronauții care au fost nevoiți să efectueze experimente cu plante superioare la bordul stațiilor spațiale au fost unanimi în aprecierile lor. Astfel, L. Popov și V. Ryumin de la stația orbitală Salyut-6 s-au bucurat de îngrijirea plantelor în serele experimentale „Malachite” (sera interioară cu vitralii cu orhidee tropicale) și „Oasis” (sera experimentală cu culturi de legume și plante vitaminice). ). Au efectuat udare, au monitorizat creșterea și dezvoltarea plantelor, au efectuat inspecții preventive și au lucrat la partea tehnică a serelor și au admirat pur și simplu interiorul viu al orhideelor în rare momente de odihnă. „Cercetarea biologică ne-a făcut multă plăcere. Am avut, de exemplu, instalația Malachite cu orhidee, iar când am trimis-o pe Pământ, am simțit un fel de pierdere, stația a devenit mai puțin confortabilă.” Așa a spus L. Popov după aterizare. „Lucrul cu Malachite la bordul complexului spațial ne-a oferit întotdeauna o satisfacție deosebită”, a adăugat V. Ryumin lui L. Popov.
La o conferință de presă din 14 octombrie 1985, dedicată rezultatelor lucrărilor pe orbită a cosmonauților V. Dzhanibekov și G. Grechko la bordul stației orbitale Salyut-7, inginerul de zbor (G. Grechko) a spus: „Toți viețuitoare, pentru fiecare vlăstar din spațiu are o atitudine specială, grijulie: ei îți amintesc de Pământ și îți ridică moralul.”
Astfel, plantele superioare sunt necesare de către astronauți nu doar ca o verigă într-un sistem ecologic artificial sau ca obiect de cercetare științifică, ci și ca element estetic al mediului pământesc familiar, un însoțitor viu al astronautului în lung, dificil și intens. misiune. Și nu este această latură estetică și rolul psihologic al serei de la bordul navei spațiale pe care S.P. Korolev a avut în vedere când, în pregătirea viitoarelor zboruri spațiale, a formulat următoarea întrebare ca următoarea: „Ce poți avea pe la bordul unei nave spațiale interplanetare grele sau a unei nave spațiale orbitale grele?” stație (sau într-o seră) din plante ornamentale care necesită un minim de cost și îngrijire? Și primul răspuns la această întrebare a fost deja primit astăzi: acestea sunt orhidee tropicale, cărora parcă le-a plăcut atmosfera stației spațiale.
Discutând problema asigurării fiabilității și siguranței zborurilor spațiale pe termen lung, academicianul O. G. Gazenko și coautorii (1987) subliniază pe bună dreptate că „uneori nevoia spirituală inconștientă de contact cu natura vie devine o forță reală, care este susținută de fapte științifice stricte care indică eficiența economică și fezabilitatea tehnică a aducerii biosferelor artificiale cât mai aproape de mediul natural care a hrănit omenirea. Din acest punct de vedere, direcția strategică spre crearea sistemelor biologice de susținere a vieții pare foarte corectă.” Și mai departe: „Încercațiile de a izola omul de natură sunt extrem de neeconomice. Sistemele biologice vor asigura circulația substanțelor în marile așezări spațiale mai bine decât oricare altele.”
Unul dintre avantajele fundamentale ale sistemelor biologice în comparație cu cele nebiologice este potențialul de funcționare stabilă a acestora cu un volum minim de funcții de control și management (E. Ya. Shepelev, 1975). Acest avantaj se datorează capacității naturale a sistemelor vii, aflate în interacțiune constantă cu mediul, de a corecta procesele de supraviețuire la toate nivelurile biologice - de la o singură celulă a unui organism până la populații și biogeocenoze - indiferent de gradul de înțelegere a aceste procese la un moment dat de către o persoană și capacitatea sau incapacitatea sa (sau mai degrabă, disponibilitatea sa) de a face ajustările necesare procesului de circulație a substanțelor într-un ecosistem artificial.
Gradul de complexitate al ecosistemelor spațiale artificiale poate fi diferit: de la cele mai simple sisteme de pe rezerve, sisteme cu regenerare fizico-chimică a substanțelor și utilizarea legăturilor biologice individuale, până la sisteme cu un ciclu biologic de substanțe aproape închis. Numărul de legături biologice și lanțuri trofice, precum și numărul de indivizi din fiecare verigă, așa cum sa menționat deja, depind de scopul și caracteristicile tehnice ale navei spațiale.
Eficiența și principalii parametri ai unui ecosistem spațial artificial, inclusiv legăturile biologice, pot fi determinate în prealabil și calculate pe baza unei analize cantitative a proceselor de circulație biologică a substanțelor în natură și a unei evaluări a eficienței energetice a ecosistemelor naturale locale. Următoarea secțiune este dedicată acestei probleme.
RELATEA SUBSTANȚELOR ÎN CICUL BIOLOGIC
Un sistem ecologic închis format pe baza legăturilor biologice ar trebui considerat ca un sistem ideal de susținere a vieții pentru viitoarele așezări spațiale mari. Crearea unor astfel de sisteme astăzi este încă în stadiul de calcule, construcții teoretice și testare la sol pentru a interfața legăturile biologice individuale cu echipa de testare.
Scopul principal al testării sistemelor biotehnice experimentale de susținere a vieții este realizarea unui ciclu stabil, aproape închis de substanțe într-un ecosistem cu echipaj și existența relativ independentă a unei biocenoze formate artificial într-un mod de echilibru dinamic pe termen lung bazat în primul rând pe internă. mecanisme de control. Prin urmare, este necesar un studiu amănunțit al proceselor ciclului biologic al substanțelor din biosfera Pământului pentru a utiliza cele mai eficiente dintre ele în sistemele biotehnice de susținere a vieții.
Ciclul biologic în natură este o cursă circulară de ștafete (circulația) de substanțe și elemente chimice între sol, plante, animale și microorganisme. Esența sa este următoarea. Plantele (organismele autotrofe) absorb mineralele neînsuflețite sărace în energie și dioxidul de carbon din atmosferă. Aceste substanțe sunt incluse în biomasa organică a organismelor vegetale, care are o cantitate mare de energie obținută prin conversia energiei radiante de la Soare în timpul procesului de fotosinteză. Biomasa vegetală este transformată prin lanțurile trofice în organismele animale și umane (organisme heterotrofe), folosind o parte din aceste substanțe și energie pentru propria lor creștere, dezvoltare și reproducere. Distrugerea organismelor (descompunetoare sau descompunetoare), inclusiv bacterii, ciuperci, protozoare și organisme care se hrănesc cu materie organică moartă, mineralizează deșeurile. În cele din urmă, substanțele și elementele chimice sunt returnate înapoi în sol, atmosferă sau mediul acvatic. Ca rezultat, o migrare în mai multe cicluri a substanțelor și elementelor chimice are loc printr-un lanț ramificat de organisme vii. Această migrație, susținută constant de energia Soarelui, constituie ciclul biologic.
Gradul de reproducere al ciclurilor individuale ale ciclului biologic general ajunge la 90–98%, așa că nu putem vorbi despre închiderea sa completă decât condiționat. Ciclurile principale ale biosferei sunt ciclurile carbonului, azotului, oxigenului, fosforului, sulfului și altor nutrienți.
Atât substanțele vii, cât și cele nevii participă la ciclul biologic natural.
Materia vie este biogenă, deoarece se formează numai prin reproducerea organismelor vii existente deja pe Pământ. Materia nevii prezentă în biosferă poate fi fie de origine biogenă (scoarță și frunze căzute ale copacilor, fructe coapte și separate de plantă, învelișuri chitinoase ale artropodelor, coarne, dinți și păr de animale, pene de păsări, excremente de animale etc. .), și abiogene (produse ale emisiilor de la vulcanii activi, gaze eliberate din intestinele pământului).
Materia vie a planetei prin masa sa constituie o parte nesemnificativă a biosferei: întreaga biomasă a Pământului în greutate uscată este doar o sută de miimi dintr-un procent din masa scoarței terestre (2 ∙ 10 19 tone). Cu toate acestea, materia vie este cea care joacă un rol decisiv în formarea stratului „cultural” al scoarței terestre, în implementarea unei curse de releu la scară largă de substanțe și elemente chimice între un număr mare de organisme vii. Acest lucru se datorează unui număr de caracteristici specifice ale materiei vii.
Metabolism (metabolism). Metabolismul într-un organism viu este totalitatea tuturor transformărilor materiei și energiei în procesul reacțiilor biochimice care au loc continuu în organism.
Schimbul continuu de substanțe între un organism viu și mediul său este caracteristica cea mai esențială a vieții.
Principalii indicatori ai metabolismului organismului cu mediul extern sunt cantitatea, compoziția și conținutul caloric al alimentelor, cantitatea de apă și oxigen consumată de un organism viu, precum și gradul în care organismul folosește aceste substanțe și energia alimente. Metabolismul se bazează pe procesele de asimilare (transformarea substanțelor intrate în organism din exterior) și de disimilare (descompunerea substanțelor organice cauzată de necesitatea eliberării de energie pentru funcționarea organismului).
Stabilitate de neechilibru termodinamic.În conformitate cu cea de-a doua lege (legea) a termodinamicii, pentru a efectua un lucru, prezența energiei în sine nu este suficientă, dar este necesară și prezența unei diferențe de potențial sau a nivelurilor de energie. Entropia este o măsură a „pierderii” diferenței de potențial de către orice sistem energetic și, în consecință, o măsură a pierderii capacității de a produce muncă de către acest sistem.
În procesele care au loc în natură neînsuflețită, efectuarea muncii duce la o creștere a entropiei sistemului. Astfel, pentru transferul de căldură, direcția procesului determină în mod unic a doua lege a termodinamicii: de la un corp mai încălzit la unul mai puțin încălzit. Într-un sistem cu diferență de temperatură zero (la aceeași temperatură a corpurilor), se observă entropia maximă.
Materia vie, organismele vii, spre deosebire de natura neînsuflețită, contracarează această lege. Nefiind niciodată în echilibru, ei lucrează în mod constant împotriva stabilirii sale, care, se pare, ar trebui să apară din punct de vedere legal ca o corespondență cu condițiile externe existente. Organismele vii cheltuiesc în mod constant energie pentru a menține starea specifică a sistemului viu. Această caracteristică cea mai importantă este cunoscută în literatură ca principiul Bauer sau principiul dezechilibrului stabil al sistemelor vii. Acest principiu arată că organismele vii sunt sisteme deschise de neechilibru care diferă de cele nevii prin faptul că evoluează în direcția scăderii entropiei.
Această trăsătură este caracteristică biosferei ca întreg, care este, de asemenea, un sistem dinamic de neechilibru. Materia vie a sistemului este un purtător de energie potențială enormă,
Capacitatea de auto-reproducere și intensitatea ridicată a acumulării de biomasă. Materia vie se caracterizează printr-o dorință constantă de a crește numărul de indivizi, de a se reproduce. Materia vie, inclusiv oamenii, se străduiește să umple tot spațiul acceptabil pentru viață. Intensitatea reproducerii organismelor vii, creșterea lor și acumularea de biomasă este destul de mare. Rata de reproducere a organismelor vii, de regulă, este invers proporțională cu dimensiunea lor. Varietatea dimensiunilor organismelor vii este o altă caracteristică a naturii vii.
Ratele mari de reacții metabolice în organismele vii, cu trei până la patru ordine de mărime mai mari decât ratele de reacții în natura neînsuflețită, se datorează participării acceleratorilor biologici - enzime - la procesele metabolice. Cu toate acestea, pentru a crește fiecare unitate de biomasă sau pentru a acumula o unitate de energie, un organism viu trebuie să proceseze masa inițială în cantități cu unul sau două ordine de mărime mai mari decât masa acumulată.
Capacitate de diversitate, reînnoire și evoluție. Materia vie a biosferei este caracterizată de cicluri de viață diferite, foarte scurte (la scară cosmică). Durata de viață a ființelor vii variază de la câteva ore (și chiar minute) la sute de ani. În procesul activității lor de viață, organismele trec prin ele însele atomi de elemente chimice ale litosferei, hidrosferei și atmosferei, sortându-le și legând elementele chimice sub formă de substanțe specifice din biomasa unui anumit tip de organism. Mai mult, chiar și în cadrul uniformității și unității biochimice a lumii organice (toate organismele vii moderne sunt construite în principal din proteine), natura vie se distinge prin enorma sa diversitate morfologică și varietatea formelor de materie. În total, există peste 2 milioane de compuși organici care alcătuiesc materia vie. Pentru comparație, observăm că numărul de compuși naturali (minerale) ai materiei nevii este de numai aproximativ 2 mii. Diversitatea morfologică a naturii vii este, de asemenea, mare: regnul vegetal de pe Pământ include aproape 500 de mii de specii, iar animale - 1 milion 500 mie.
Un organism viu format în cadrul unui ciclu de viață are capacități de adaptare limitate la schimbările condițiilor de mediu. Totuși, ciclul de viață relativ scurt al organismelor vii contribuie la reînnoirea lor constantă din generație în generație prin transmiterea informațiilor acumulate de fiecare generație prin intermediul aparatului genetic ereditar și luând în considerare aceste informații de către generația următoare. Din acest punct de vedere, durata scurtă de viață a organismelor dintr-o generație este prețul pe care îl plătesc pentru nevoia de supraviețuire a speciei în ansamblu într-un mediu extern în continuă schimbare.
Procesul evolutiv este caracteristic mai ales organismelor superioare.
Colectivitatea existenței. Materia vie există de fapt pe Pământ sub formă de biocenoze, și nu specii izolate individuale (populații). Interconectarea populațiilor se datorează dependențelor lor trofice (alimentare) unele de altele, fără de care însăși existența acestor specii este imposibilă.
Acestea sunt principalele caracteristici calitative ale materiei vii care participă la ciclul biologic al substanțelor din biosfere. În termeni cantitativi, intensitatea acumulării de biomasă în biosferă este de așa natură încât, în medie, la fiecare opt ani toată materia vie din biosfera Pământului este reînnoită. După ce și-au încheiat ciclul de viață, organismele returnează naturii tot ceea ce au luat de la ea în timpul vieții.
Principalele funcții ale materiei vii din biosferă, formulate de geologul intern A.V. Lapo (1979), includ energia (biosinteza cu acumulare de energie și transformarea energiei în lanțuri trofice), concentrarea (acumularea selectivă a materiei), distructivă (mineralizarea și prepararea substanțe pentru includerea în ciclu), funcțiile de formare a mediului (modificarea parametrilor fizici și chimici ai mediului) și de transport (transfer de substanțe).
AU ECOSISTEME EFICIENȚĂ?
Să încercăm acum să răspundem la întrebarea: este posibil să se evalueze eficacitatea ciclului biologic al substanțelor din punctul de vedere al satisfacerii nevoilor nutriționale ale oamenilor, ca verigă trofică apex a acestui ciclu?
Un răspuns aproximativ la întrebarea pusă poate fi obținut pe baza unei abordări energetice a analizei proceselor ciclului biologic și a studiului transferului de energie și productivității ecosistemelor naturale. Într-adevăr, dacă substanțele ciclului sunt supuse unor schimbări calitative continue, atunci energia acestor substanțe nu dispare, ci este distribuită în fluxuri direcționate. Transferată de la un nivel trofic al ciclului biologic la altul, energia biochimică este treptat transformată și disipată. Transformarea energiei materiei la niveluri trofice nu are loc în mod arbitrar, ci în conformitate cu modele cunoscute și, prin urmare, este controlată în cadrul unei biogeocenoze specifice.
Conceptul de „biogeocenoză” este similar cu conceptul de „ecosistem”, dar primul poartă o încărcătură semantică mai strictă. Dacă un ecosistem se numește aproape orice biocomplex natural sau artificial existent autonom (furnicar, acvariu, mlaștină, trunchi de copac mort, pădure, lac, ocean, biosfera Pământului, cabină de nave spațiale etc.), atunci biogeocenoza, fiind unul dintre nivelurile calitative ale ecosistemul , este specificat de limitele comunității sale obligatorii de plante (fitocenoza). Un ecosistem, ca orice set stabil de organisme vii care interacționează între ele, este o categorie aplicabilă oricărui sistem biologic doar la nivel de supraorganism, adică un organism individual nu poate fi un ecosistem.
Ciclul biologic al substanțelor este o parte integrantă a biogeocenozei pământului. În cadrul biogeocenozelor locale specifice, circulația biologică a substanțelor este posibilă, dar nu este necesară.
Conexiunile energetice însoțesc întotdeauna conexiunile trofice în biogeocenoză. Împreună formează baza oricărei biogeocenoze. În general, se pot distinge cinci niveluri trofice ale biogeocenozei (vezi tabelul și fig. 2), prin care toate componentele sale sunt distribuite succesiv de-a lungul lanțului. De obicei, în biogeocenoze se formează mai multe astfel de lanțuri care, ramificându-se și intersectându-se de multe ori, formează rețele alimentare complexe (trofice).
Niveluri trofice și lanțuri trofice în biogeocenoză
Organismele de primul nivel trofic - producători primari, numite autotrofe (auto-hrănire) și inclusiv microorganisme și plante superioare, realizează procesele de sinteză a substanțelor organice din cele anorganice. Ca sursă de energie pentru acest proces, autotrofele folosesc fie energia solară ușoară (fototrofe), fie energia de oxidare a anumitor compuși minerali (chemotrofe). Fototrofei obțin carbonul necesar sintezei din dioxid de carbon.
În mod convențional, procesul de fotosinteză la plantele verzi (inferioare și superioare) poate fi descris sub forma următoarei reacții chimice:
În cele din urmă, materia organică (în principal carbohidrați) este sintetizată din substanțe anorganice sărace energetic (dioxid de carbon, apă, săruri minerale, microelemente), care este purtătorul de energie stocată în legăturile chimice ale substanței formate. În această reacție, sunt necesare 673 kcal de energie solară pentru a forma o moleculă de gram dintr-o substanță (180 g de glucoză).
Eficiența fotosintezei depinde direct de intensitatea iradierii luminii a plantelor. În medie, cantitatea de energie solară radiantă de pe suprafața Pământului este de aproximativ 130 W/m2. În acest caz, doar o parte din radiația conținută în intervalul de lungimi de undă de la 0,38 la 0,71 microni este activă fotosintetic. O parte semnificativă a radiației care cade pe o frunză de plantă sau un strat de apă cu microalge este reflectată sau trece prin frunză sau strat inutil, iar radiația absorbită este cheltuită în cea mai mare parte pentru evaporarea apei în timpul transpirației plantei.
Ca urmare, eficiența energetică medie a procesului fotosintetic al întregii acoperiri vegetale a globului este de aproximativ 0,3% din energia luminii solare care intră pe Pământ. În condiții favorabile creșterii plantelor verzi și cu asistență umană, plantațiile individuale pot lega energia luminoasă cu o eficiență de 5–10%.
Organismele de niveluri trofice ulterioare (consumatorii), constând din organisme heterotrofe (animale), își asigură în cele din urmă mijloacele de existență în detrimentul biomasei vegetale acumulate în primul nivel trofic. Energia chimică stocată în biomasa vegetală poate fi eliberată, transformată în căldură și disipată în mediu în procesul de combinare inversă a carbohidraților cu oxigenul. Folosind biomasa vegetală ca hrană, animalele o supun oxidării în timpul respirației. În acest caz, are loc procesul invers al fotosintezei, în care energia alimentară este eliberată și, cu o anumită eficiență, este cheltuită pentru creșterea și activitatea vitală a unui organism heterotrof.
În termeni cantitativi, într-o biogeocenoză, biomasa vegetală ar trebui să fie „înaintea” biomasei animale, de obicei cu cel puțin două ordine de mărime. Astfel, biomasa totală a animalelor de pe pământul nu depășește 1-3% din biomasa vegetală.
Intensitatea metabolismului energetic al unui organism heterotrof depinde de masa acestuia. Odată cu creșterea dimensiunii corpului, rata metabolică, calculată pe unitatea de greutate și exprimată în cantitatea de oxigen absorbită pe unitatea de timp, scade considerabil. Mai mult, într-o stare de repaus relativ (metabolism standard), dependența ratei metabolice a animalului de masa sa, care are forma unei funcții y = Ax k (X- greutatea animalului, AȘi k- coeficienți), se dovedește a fi valabil atât pentru organismele din aceeași specie care își schimbă dimensiunea în timpul creșterii, cât și pentru animalele de greutăți diferite, dar reprezentând un anumit grup sau clasă.
În același timp, indicatorii nivelului de metabolism a diferitelor grupuri de animale diferă deja semnificativ unul de celălalt. Aceste diferențe sunt semnificative în special pentru animalele cu metabolism activ, care se caracterizează prin cheltuiala de energie pentru munca musculară, în special pentru funcțiile motorii.
Bilanțul energetic al unui organism animal (consumator de orice nivel) pentru o anumită perioadă de timp poate fi, în general, exprimat prin următoarea egalitate:
E = E 1 + E 2 + E 3 + E 4 + E 5 ,
Unde E– energia (conținutul caloric) al alimentelor (kcal pe zi), E 1 – energie metabolică bazală, E 2 – consumul de energie al organismului, E 3 – energia producției „curate” a organismului, E 4 – energia substanțelor alimentare neutilizate, E 5 – energia excrementelor și a secrețiilor corporale.
Hrana este singura sursă de energie normală care pătrunde în organismul animal și uman, ceea ce îi asigură funcțiile vitale. Conceptul de „hrană” are conținut calitativ diferit pentru diferite organisme animale și include doar acele substanțe care sunt consumate și utilizate de un anumit organism viu și. sunt necesare pentru el.
Magnitudinea E pentru o persoană este o medie de 2500 kcal pe zi. Energia metabolică bazală E 1 reprezinta energia metabolica in stare de odihna completa a organismului si in absenta proceselor digestive. Este cheltuită pentru menținerea vieții în organism, este o funcție de dimensiunea suprafeței corpului și este transformată în căldură cedată de organism către mediu. Indicatori cantitativi E 1 este de obicei exprimat în unități specifice pentru 1 kg de masă sau 1 m 2 de suprafață a corpului. Da, pentru o persoană E 1 este 32,1 kcal pe zi per 1 kg de greutate corporală. Pe unitate de suprafață E 1 organisme diferite (mamifere) sunt practic la fel.
Componentă E 2 include consumul de energie al organismului pentru termoreglare atunci când temperatura ambientală se modifică, precum și pentru diferite tipuri de activitate și muncă corporală: mestecat, digestia și asimilarea alimentelor, munca musculară la mișcarea corpului etc. După cantitate E 2 temperatura mediului are o influență semnificativă. Când temperatura crește și scade de la nivelul optim pentru organism, este necesară o cheltuială suplimentară de energie pentru a o regla. Procesul de reglare a temperaturii constante a corpului la animalele cu sânge cald și la oameni este dezvoltat în mod special.
Componentă E 3 include două părți: energia de creștere a propriei biomase (sau populație) a organismului și energia producției suplimentare.
O creștere a propriei biomase are loc, de regulă, într-un organism tânăr în creștere care crește constant în greutate, precum și într-un organism care formează nutrienți de rezervă. Această parte a componentei E 3 poate fi egal cu zero și, de asemenea, ia valori negative atunci când există o lipsă de hrană (corpul pierde în greutate).
Energia producției suplimentare este conținută în substanțele produse de organism pentru reproducere, protecție împotriva dușmanilor etc.
Fiecare individ este limitat la cantitatea minimă de produse create în timpul vieții sale. O rată relativ mare de creare a produselor secundare poate fi considerată un indicator de 10–15% (din furajele consumate), caracteristică, de exemplu, lăcustelor. Același indicator pentru mamifere, care cheltuiesc o cantitate semnificativă de energie pe termoreglare, este la nivelul de 1 – 2%.
Componentă E 4 este energia conținută în substanțele alimentare care nu au fost folosite de organism și nu au pătruns în organism dintr-un motiv sau altul.
Energie E 5, conținut în secrețiile corporale ca urmare a digestiei și asimilării incomplete a alimentelor, variază de la 30–60% din alimentele consumate (la ungulatele mari) până la 1–20% (la rozătoare).
Eficiența conversiei energiei de către un organism animal este determinată cantitativ de raportul dintre producția netă (secundară) și cantitatea totală de hrană consumată sau raportul dintre producția netă și cantitatea de hrană digerată. Într-un lanț alimentar, eficiența (eficiența) fiecărei verigi trofice (nivel) este în medie de aproximativ 10%. Aceasta înseamnă că la fiecare nivel trofic ulterior al unui scop alimentar se formează produse care nu depășesc ca conținut caloric (sau ca masă) 10% din energia celui precedent. Cu astfel de indicatori, eficiența globală a utilizării energiei solare primare în lanțul alimentar al unui ecosistem de patru niveluri va fi o mică fracțiune de procent: în medie, doar 0,001%.
În ciuda valorii aparent scăzute a eficienței generale a reproducerii producției, majoritatea populației Pământului se asigură pe deplin cu o dietă echilibrată nu numai de la producători primari, ci și de la producători secundari. În ceea ce privește un organism viu individual, eficiența utilizării alimentelor (energiei) în unele dintre ele este destul de ridicată și depășește indicatorii de eficiență ai multor mijloace tehnice. De exemplu, un porc transformă 20% din energia alimentară consumată în carne bogată în calorii.
Eficiența utilizării de către consumatori a energiei furnizate de alimente este de obicei evaluată în ecologie folosind piramide energetice ecologice. Esența unor astfel de piramide este o reprezentare vizuală a verigilor lanțului trofic sub forma unui aranjament subordonat de dreptunghiuri unul peste altul, a cărui lungime sau zonă corespunde echivalentului energetic al nivelului trofic corespunzător pe unitate de timp. Pentru a caracteriza lanțurile trofice, se folosesc și piramidele de numere (ariile dreptunghiurilor corespund numărului de indivizi de la fiecare nivel al lanțului trofic) și piramidele de biomasă (la fel în raport cu cantitatea de biomasă totală a organismelor la fiecare nivel). nivel).
Cu toate acestea, piramida energetică oferă cea mai completă imagine a organizării funcționale a comunităților biologice în cadrul unui anumit lanț alimentar, deoarece permite să se ia în considerare dinamica trecerii biomasei alimentare prin acest lanț.
ECOSISTEME DE BIOSFERĂ ARTIFICIALĂ ȘI NATURALĂ: ASEMĂNĂRI ȘI DIFERENȚE
K. E. Tsiolkovsky a fost primul care a propus crearea unui sistem închis într-o rachetă spațială pentru circulația tuturor substanțelor necesare vieții echipajului, adică a unui ecosistem închis. El credea că într-o navă spațială, toate procesele de bază de transformare a substanțelor care au loc în biosfera Pământului ar trebui reproduse în miniatură. Cu toate acestea, timp de aproape o jumătate de secol, această propunere a existat ca o ipoteză științifico-fantastică.
Lucrări practice privind crearea de ecosisteme spațiale artificiale bazate pe procesele de circulație biologică a substanțelor dezvoltate rapid în SUA, URSS și în alte țări la sfârșitul anilor 50 și începutul anilor 60. Nu există nicio îndoială că acest lucru a fost facilitat de succesele astronauticii, care a deschis era explorării spațiului odată cu lansarea primului satelit artificial Pământen în 1957.
În anii următori, pe măsură ce aceste lucrări s-au extins și s-au adâncit, majoritatea cercetătorilor au putut fi convinși că problema pusă s-a dovedit a fi mult mai complexă decât se credea inițial. A necesitat efectuarea nu numai de cercetare la sol, ci și de cercetare spațială, care, la rândul său, a necesitat costuri materiale și financiare semnificative și a fost împiedicată de lipsa navelor spațiale mari sau a stațiilor de cercetare. Cu toate acestea, în URSS, în această perioadă, au fost create mostre experimentale terestre separate de ecosisteme cu includerea unor legături biologice și a oamenilor în ciclul actual de circulație a substanțelor acestor sisteme. De asemenea, a fost realizat un set de studii științifice pentru a dezvolta tehnologii pentru cultivarea obiectelor biologice în gravitate zero la bordul sateliților spațiali, navelor și stațiilor: „Cosmos-92”, „Cosmos-605”, „Cosmos-782”, „Cosmos-936”. ”, „Saliut-6” și altele. Rezultatele cercetării de astăzi ne permit să formulăm unele prevederi care sunt luate ca bază pentru construcția viitoarelor ecosisteme spațiale închise și a sistemelor biologice de susținere a vieții pentru astronauți.
Deci, ceea ce este comun pentru ecosistemele spațiale artificiale mari și biosfera naturală. ecosisteme? În primul rând, aceasta este izolarea lor relativă, personajele lor principale sunt oamenii și alte unități biologice vii, ciclul biologic al substanțelor și nevoia unei surse de energie.
Sistemele ecologice închise sunt sisteme cu un ciclu organizat de elemente, în care substanțele utilizate într-un anumit ritm pentru schimbul biologic de unele unități sunt regenerate cu aceeași viteză medie de la produsele finale ale schimbului lor la starea lor inițială de către alte unități și sunt din nou regenerate. folosit în aceleaşi cicluri de schimb biologic (Gitelzon et al., 1975).
În același timp, ecosistemul poate rămâne închis fără a realiza un ciclu complet de substanțe, consumând ireversibil unele dintre substanțele din rezervele create anterior.
Ecosistemul terestru natural este practic închis în materie, deoarece doar substanțele terestre și elementele chimice participă la ciclurile de circulație (ponderea materiei cosmice care cade anual pe Pământ nu depășește 2 × 10-14% din masa Pământului). Gradul de participare a substanțelor și elementelor pământești la ciclurile chimice repetate în mod repetat ale ciclului pământului este destul de ridicat și, după cum sa menționat deja, asigură reproducerea ciclurilor individuale cu 90-98%.
Într-un ecosistem închis artificial este imposibil să se reproducă toată diversitatea proceselor din biosfera pământului. Cu toate acestea, nu ar trebui să luptăm pentru acest lucru, deoarece biosfera în ansamblu nu poate servi ca ideal al unui ecosistem artificial închis cu oameni, bazat pe ciclul biologic al substanțelor. Există o serie de diferențe fundamentale care caracterizează ciclul biologic al substanțelor create artificial într-un spațiu închis limitat în scopul susținerii vieții umane.
Care sunt aceste diferențe principale?
Amploarea ciclului biologic artificial al substanțelor ca mijloc de asigurare a vieții umane într-un spațiu închis limitat nu poate fi comparabilă cu scara ciclului biologic al pământului, deși modelele de bază care determină cursul și eficiența proceselor în legăturile sale biologice individuale. poate fi aplicat pentru a caracteriza legături similare într-un ecosistem artificial. În biosfera Pământului, actorii sunt aproape 500 de mii de specii de plante și 1,5 milioane de specii de animale, capabile să se înlocuiască între ele în anumite circumstanțe critice (de exemplu, moartea unei specii sau a unei populații), menținând stabilitatea biosferei. Într-un ecosistem artificial, reprezentativitatea speciilor și numărul de indivizi sunt foarte limitate, ceea ce crește considerabil „responsabilitatea” fiecărui organism viu inclus în ecosistemul artificial și impune cerințe sporite stabilității sale biologice în condiții extreme.
În biosfera Pământului, circulația substanțelor și elementelor chimice se bazează pe un număr imens de cicluri diverse, independente și încrucișate, necoordonate în timp și spațiu, fiecare având loc cu viteza proprie caracteristică. Într-un ecosistem artificial, numărul de astfel de cicluri este limitat, rolul fiecărui ciclu în ciclul substanțelor; crește de multe ori, iar ratele convenite ale proceselor din sistem trebuie menținute cu strictețe ca o condiție necesară pentru funcționarea durabilă a unui sistem biologic de susținere a vieții.
Prezența proceselor de fund în biosferă nu afectează în mod semnificativ ciclul natural al substanțelor, deoarece pe Pământ există încă cantități semnificative de rezerve de substanțe implicate pentru prima dată în ciclu. În plus, masa substanțelor din procesele fără margini este incomensurabil mai mică decât capacitatea tampon a Pământului. În spațiul artificial LSS, restricțiile generale întotdeauna existente privind consumul de masă, volum și energie impun restricții corespunzătoare asupra masei substanțelor care participă la ciclul LSS biologic. Prezența sau formarea, în acest caz, a oricărui proces mortar reduce semnificativ eficiența sistemului în ansamblu, reduce indicatorul de închidere a acestuia, necesită o compensare adecvată din rezervele de substanțe inițiale și, în consecință, o creștere a acestor rezerve. in sistem.
Cea mai importantă trăsătură a ciclului biologic al substanțelor din ecosistemele artificiale luate în considerare este rolul determinant al oamenilor în caracteristicile calitative și cantitative ale ciclului substanțelor. Circulația în acest caz se realizează în cele din urmă în interesul satisfacerii nevoilor persoanei (echipajului), care este principala forță motrice. Obiectele biologice rămase îndeplinesc funcțiile de întreținere a mediului uman. Pe baza acesteia, fiecărei specii biologice dintr-un ecosistem artificial i se asigură cele mai optime condiții de existență pentru a atinge productivitatea maximă a speciei. În biosfera Pământului, intensitatea proceselor de biosinteză este determinată în primul rând de fluxul de energie solară într-o anumită regiune. În cele mai multe cazuri, aceste posibilități sunt limitate: intensitatea radiației solare pe suprafața Pământului este de aproximativ 10 ori mai mică decât în afara atmosferei Pământului. În plus, fiecare organism viu, pentru a supraviețui și a se dezvolta, trebuie să se adapteze constant la condițiile de viață, să aibă grijă să găsească hrană, cheltuind o parte semnificativă a energiei sale vitale pentru aceasta. Prin urmare, intensitatea biosintezei în biosfera Pământului nu poate fi considerată optimă din punctul de vedere al funcției principale a lichidelor biologice de susținere a vieții - satisfacerea nevoilor nutriționale umane.
Spre deosebire de biosfera Pământului, ecosistemele artificiale exclud procesele abiotice la scară largă și factorii care joacă un rol vizibil, dar adesea oarb, în formarea biosferei și a elementelor sale (impactul vremii și climatice, solurile epuizate și teritorii necorespunzătoare, proprietățile chimice ale apei, etc.).
Acestea și alte diferențe contribuie la obținerea unei eficiențe semnificativ mai mari a transformării materiei în ecosistemele artificiale, la o viteză mai mare de implementare a ciclurilor de circulație și la o eficiență mai mare a sistemului biologic de susținere a vieții umane.
DESPRE SISTEME BIOLOGICE DE SUPPORT VITAȚE PENTRU ECHIPAJELE SPATIALE
Suportul biologic al vieții este un set artificial de obiecte biologice special selectate, interconectate și interdependente (microorganisme, plante superioare, animale), substanțe consumabile și mijloace tehnice, care asigură într-un spațiu închis limitat nevoile fiziologice de bază ale unei persoane pentru hrană, apă și oxigen. , în principal pe baza circulației biologice durabile a substanțelor.
Combinația necesară de organisme vii (bioobiecte) și mijloace tehnice în sistemele biologice de susținere a vieții ne permite să numim aceste sisteme și biotehnice. În acest caz, mijloacele tehnice sunt înțelese ca subsisteme, blocuri și dispozitive care asigură condițiile necesare pentru viața normală a obiectelor biologice incluse în biocomplex (compoziția, presiunea, temperatura și umiditatea mediului gazos, iluminarea spațiului de locuit, sanitare). și indicatori igienici ai calității apei, colectarea operațională, prelucrarea sau eliminarea deșeurilor etc.). Principalele mijloace tehnice de susținere a vieții biologice includ subsisteme de alimentare cu energie și conversie a energiei în lumină, reglarea și menținerea compoziției gazoase a atmosferei într-un spațiu închis limitat, controlul temperaturii, unități spațiale cu seră, bucătării și mijloace de regenerare fizică și chimică. de apă și aer, deșeuri de dispozitive de prelucrare, transport și mineralizare etc. O serie de procese de regenerare a substanțelor din sistem pot fi efectuate eficient și prin metode fizico-chimice (vezi figura de la pagina 52).
Obiectele biologice ale LSS împreună cu oamenii formează un biocomplex. Speciile și compoziția numerică a organismelor vii incluse în biocomplex este determinată astfel încât să poată asigura un metabolism stabil, echilibrat și controlat între echipaj și organismele vii ale biocomplexului pe toată perioada specificată. Dimensiunile (scara) biocomplexului și numărul de specii de organisme vii reprezentate în biocomplex depind de productivitatea necesară, de gradul de închidere a sistemului de susținere a vieții și se stabilesc în legătură cu capacitățile tehnice și energetice specifice spațiului. structura, durata funcționării acesteia și numărul de membri ai echipajului. Principiile de selectare a organismelor vii într-un biocomplex pot fi împrumutate din ecologia comunităților naturale terestre și biogeocenoze gestionate, pe baza relațiilor trofice stabilite ale obiectelor biologice.
Selecția speciilor biologice pentru formarea ciclurilor trofice de lichide biologice de susținere a vieții este cea mai dificilă sarcină.
Fiecare obiect biologic care participă la un sistem biologic de susținere a vieții necesită pentru activitatea sa de viață un anumit spațiu de locuit (nisa ecologică), care include nu numai spațiu pur fizic, ci și un set de condiții de viață necesare pentru o anumită specie biologică: asigurarea drumului său. de viață, metoda de nutriție și condițiile de mediu. Prin urmare, pentru funcționarea cu succes a organismelor vii ca parte a unui sistem biologic de susținere a vieții, volumul spațiului pe care îl ocupă nu ar trebui să fie prea limitat. Cu alte cuvinte, trebuie să existe dimensiuni minime maxime ale unei nave spațiale cu echipaj, sub care să fie exclusă posibilitatea utilizării componentelor biologice de susținere a vieții în ea.
Într-un caz ideal, întreaga masă de substanțe stocată inițial, destinată susținerii vieții echipajului și incluzând toți locuitorii vii, ar trebui să participe la circulația substanțelor în interiorul acestui obiect spațial fără a introduce o masă suplimentară în el. În același timp, un astfel de sistem de susținere a vieții biologice închise, cu regenerarea tuturor substanțelor necesare omului și cu un timp de funcționare nelimitat, este astăzi mai teoretic decât un sistem practic real, dacă avem în vedere acele variante ale acestuia care sunt luate în considerare. pentru expediții spațiale în viitorul apropiat.
În sensul termodinamic (din punct de vedere energetic), orice ecosistem nu poate fi închis, deoarece schimbul constant de energie între părțile vii ale ecosistemului și spațiul înconjurător este o condiție necesară pentru existența acestuia. Soarele poate servi ca sursă de energie gratuită pentru sistemele biologice de susținere a vieții ale navelor spațiale din spațiul circumsolar.Totuși, nevoia unei cantități semnificative de energie pentru funcționarea sistemelor biologice de susținere a vieții la scară largă necesită soluții tehnice eficiente la problema colectarea, concentrarea și introducerea continuă a energiei solare într-o navă spațială, precum și eliberarea ulterioară a energiei cu potențial scăzut în energia termică din spațiul cosmic.
O întrebare specială care apare în legătură cu utilizarea organismelor vii în zborurile spațiale este cum sunt acestea afectate de imponderabilitate prelungită? Spre deosebire de alți factori ai zborului spațial și ai spațiului cosmic, al căror efect asupra organismelor vii poate fi imitat și studiat pe Pământ, efectul imponderabilității poate fi determinat doar direct în zborul spațial.
PLANTELE VERZI CA VERIGĂ DE BAZĂ A SISTEMELOR BIOLOGICE DE SUPPORT VIEȚII
Plantele terestre superioare sunt considerate elementele principale și cele mai probabile ale sistemului biologic de susținere a vieții. Ele sunt capabile nu numai să producă alimente care sunt complete, conform celor mai multe criterii pentru oameni, ci și să regenereze apa și atmosfera. Spre deosebire de animale, plantele sunt capabile să sintetizeze vitamine din compuși simpli. Aproape toate vitaminele se formează în frunze și în alte părți verzi ale plantelor.
Eficiența biosintezei plantelor superioare este determinată în primul rând de regimul de lumină: odată cu creșterea puterii fluxului luminos, intensitatea fotosintezei crește la un anumit nivel, după care are loc saturația luminoasă a fotosintezei. Eficiența maximă (teoretică) a fotosintezei în lumina soarelui este de 28%. In conditii reale, la culturile dese cu conditii bune de cultivare se poate ajunge la: 15%.
Intensitatea optimă a radiației fiziologice (fotosintetic active) (PAR), care a asigurat fotosinteza maximă în condiții artificiale, a fost de 150–200 W/m2 (Nichiporovich, 1966). Productivitatea plantelor (grâu de primăvară, orz) a ajuns la 50 g de biomasă pe zi la 1 m2 (până la 17 g de cereale la 1 m2 pe zi). În alte experimente efectuate pentru selectarea regimurilor de lumină pentru cultivarea ridichilor în sisteme închise, randamentul culturilor de rădăcină a fost de până la 6 kg la 1 m 2 în 22 - 24 de zile cu productivitate biologică de până la 30 g de biomasă (în greutate uscată). ) la 1 m 2 pe zi (Lisovsky , Shilenko, 1970). Pentru comparație, observăm că în condiții de câmp productivitatea medie zilnică a culturilor este de 10 g la 1 m2.
Biociclul: „plante superioare – om” ar fi ideal pentru susținerea vieții umane dacă în timpul unui zbor spațial lung s-ar putea mulțumi cu alimentația proteinelor și grăsimilor numai de origine vegetală și dacă plantele ar putea să se mineralizeze și să utilizeze cu succes toate deșeurile umane.
Sera spațială, însă, nu va putea rezolva întreaga gamă de probleme atribuite sistemului biologic de susținere a vieții. Se știe, de exemplu, că plantele superioare nu sunt capabile să asigure participarea la ciclul unui număr de substanțe și elemente. Astfel, sodiul nu este consumat de plante, lăsând deschisă problema ciclului NaCl (sare de masă). Fixarea azotului molecular de către plante este imposibilă fără ajutorul bacteriilor din sol din nodul rădăcină. De asemenea, se știe că, în conformitate cu normele fiziologice de nutriție umană aprobate în URSS, cel puțin jumătate din norma zilnică a proteinelor dietetice ar trebui să fie proteine de origine animală, iar grăsimile animale - până la 75% din norma totală de grăsimile din dietă.
Dacă conținutul de calorii al părții vegetale a dietei în conformitate cu standardele menționate este de 65% din conținutul total de calorii al dietei (valoarea calorică medie a rației zilnice de hrană a unui astronaut la stația Salyut-6 a fost de 3150 kcal ), apoi pentru a obține cantitatea necesară de biomasă vegetală, o seră cu o suprafață estimată la o persoană de cel puțin 15 - 20 m2. Ținând cont de deșeurile de plante care nu sunt folosite pentru alimentație (aproximativ 50%), precum și de necesitatea unui transportor alimentar pentru reproducerea zilnică continuă a biomasei, suprafața reală a serei ar trebui mărită cu cel puțin 2-3 ori.
Eficiența unei sere poate fi crescută semnificativ cu utilizarea suplimentară a părții necomestibile a biomasei rezultate. Există diverse modalități de utilizare a biomasei: obținerea de nutrienți prin extracție sau hidroliză, mineralizare fizico-chimică sau biologică, utilizare directă după o gătire adecvată, utilizare sub formă de hrană pentru animale. Implementarea acestor metode necesită dezvoltarea unor mijloace tehnice suplimentare adecvate și a costurilor energetice, astfel încât soluția optimă poate fi obținută doar luând în considerare totalul indicatorilor tehnici și energetici ai ecosistemului în ansamblu.
În fazele inițiale ale creării și utilizării lichidelor biologice de susținere a vieții, anumite probleme ale ciclului complet de substanțe nu au fost încă rezolvate; o parte din substanțele consumabile vor fi preluate din rezervele puse la dispoziție la bordul navei spațiale. În aceste cazuri, serei i se încredințează funcția de a reproduce cantitatea minimă necesară de ierburi proaspete care conțin vitamine. O seră cu o suprafață de plantare de 3-4 m2 poate satisface pe deplin nevoile de vitamine ale unei singure persoane. În astfel de ecosisteme, pe baza utilizării parțiale a biociclului plantelor superioare - oameni, sarcina principală pentru regenerarea substanțelor și susținerea vieții echipajului este realizată de sisteme cu metode de procesare fizico-chimică.
Fondatorul cosmonauticii practice, S.P. Korolev, a visat la un zbor spațial fără restricții. Doar un astfel de zbor, potrivit lui S.P.Korolev, va însemna victoria asupra elementelor. În 1962, el a formulat un set de sarcini prioritare pentru biotehnologia spațială după cum urmează: „Trebuie să începem să dezvoltăm o „sară conform lui Tsiolkovsky”, cu legături sau blocuri în creștere treptat și trebuie să începem să lucrăm la „recolte spațiale”. Care este compoziția acestor culturi, ce culturi? Eficacitatea, utilitatea lor? Reversibilitatea (repetabilitate) culturilor din semințe proprii, pe baza existenței pe termen lung a serei? Ce organizații vor desfășura această activitate: în zona producției de plante (și problemele solului, umidității etc.), în zona mecanizării și tehnologiei „lumină-căldură-solară” și a sistemelor sale de reglare pentru sere , etc.?”
Această formulare reflectă, de fapt, principalele scopuri și obiective științifice și practice, a căror realizare și soluție trebuie asigurată înainte de a fi creată o „sară conform lui Tsiolkovsky”, adică o seră care va furniza unei persoane hrana proaspătă necesară. în timpul unui zbor spațial lung.alimente de origine vegetală, precum și purificarea apei și a aerului. Sera spațială a viitoarei nave spațiale interplanetare va deveni o parte integrantă a designului lor. Într-o astfel de seră trebuie asigurate condiții optime de însămânțare, creștere, dezvoltare și colectare a plantelor superioare. Sera trebuie, de asemenea, echipată cu dispozitive pentru distribuția luminii și aer condiționat, unități pentru prepararea, distribuția și furnizarea de soluții nutritive, colectarea umidității transpirației etc. Oamenii de știință sovietici și străini lucrează cu succes la crearea unor astfel de sere la scară largă. pentru nave spațiale în viitorul apropiat.
Creșterea plantelor spațiale astăzi este încă la stadiul inițial al dezvoltării și necesită noi cercetări speciale, deoarece multe întrebări legate de reacția plantelor superioare la condițiile extreme ale zborului spațial și, mai ales, la condițiile de imponderabilitate, rămân încă neclare. Starea de imponderabilitate are un impact foarte semnificativ asupra multor fenomene fizice, asupra activității și comportamentului de viață al organismelor vii și chiar asupra funcționării echipamentelor de bord. Eficacitatea influenței imponderabilității dinamice poate fi, prin urmare, evaluată numai în așa-numitele experimente la scară completă efectuate direct la bordul stațiilor spațiale orbitale.
Experimentele cu plante în condiții naturale au fost efectuate anterior pe stațiile Salyut și sateliții din seria Cosmos (Cosmos-92, 605, 782, 936, 1129 etc.). O atenție deosebită a fost acordată experimentelor privind creșterea plantelor superioare. În acest scop, s-au folosit diverse dispozitive speciale, fiecăruia fiind dat un nume specific, de exemplu, „Vazon”, „Svetoblok”, „Fiton”, „Biogravistat”, etc. Fiecare dispozitiv, de regulă, era destinat să rezolva o problema. Astfel, o mică centrifugă „Biogravistat” a servit pentru o evaluare comparativă a proceselor de creștere a răsadurilor în gravitate zero și în domeniul forțelor centrifuge. Dispozitivul „Vazon” a testat procesele de creștere a cepei ca supliment de vitamine pentru dieta astronauților. În aparatul „Svetoblok”, pentru prima dată, o plantă de Arabidopsis, plantată într-o cameră izolată pe un mediu nutritiv artificial, a înflorit în condiții de gravitate zero, iar în aparatul „Fiton” s-au obținut semințe de Arabidopsis. O gamă mai largă de probleme a fost rezolvată în instalațiile de cercetare Oasis, constând din unități de cultivare, iluminat, alimentare cu apă, ventilație forțată și un sistem telemetric de control al temperaturii. În instalația „Oasis” s-au testat regimuri de cultivare cu stimulare electrică pe plante de mazăre și grâu ca mijloc de reducere a efectului factorilor nefavorabili asociați cu lipsa gravitației.
O serie de experimente cu plante superioare în condiții de zbor spațial au fost efectuate în SUA la Skylab, Spacelab și la bordul Columbia (Shuttle).
Numeroase experimente au arătat că problema creșterii plantelor pe obiecte spațiale în condiții semnificativ diferite de cele pământești obișnuite nu a fost încă pe deplin rezolvată. De asemenea, nu este neobișnuit, de exemplu, pentru cazurile în care plantele încetează să crească în stadiul generativ de dezvoltare. Există încă o cantitate semnificativă de experimente științifice de realizat pentru a dezvolta tehnologia de cultivare a plantelor în toate etapele creșterii și dezvoltării lor. De asemenea, va fi necesar să se dezvolte și să testeze modelele cultivatoarelor de plante și mijloacele tehnice individuale care vor ajuta la eliminarea influenței negative a diferiților factori ai zborului spațial asupra plantelor.
Pe lângă plantele terestre superioare, plantele inferioare sunt considerate și elemente ale legăturii autotrofe a ecosistemelor închise. Printre acestea se numără fototrofele acvatice - alge unicelulare: verde, albastru-verde, diatomee etc. Sunt principalii producători de materie organică primară în mări și oceane. Cea mai cunoscută este algele microscopice de apă dulce Chlorella, pe care mulți oameni de știință o preferă ca principalul obiect biologic al legăturii producătoare a unui ecosistem spațial închis.
Cultura Chlorella este caracterizată de o serie de caracteristici pozitive. Prin asimilarea dioxidului de carbon, cultura eliberează oxigen. Cu cultivarea intensivă, 30-40 de litri de suspensie de chlorella pot asigura complet schimbul de gaze pentru o persoană. În acest caz, se formează biomasă care, din punct de vedere al compoziției sale biochimice, este acceptabilă pentru utilizare ca aditiv pentru hrana animalelor și, cu o prelucrare adecvată, ca aditiv pentru dieta umană. Raportul dintre proteine, grăsimi și carbohidrați din biomasa chlorellei poate varia în funcție de condițiile de cultivare, ceea ce permite un proces de biosinteză controlat. Productivitatea culturilor intensive de chlorella în timpul cultivării de laborator variază de la 30 la 60 g de substanță uscată la 1 m2 pe zi. În experimentele pe cultivatoare speciale de laborator sub lumină puternică, randamentul de chlorella ajunge la 100 g de substanță uscată la 1 m2 pe zi. Chlorella este cel mai puțin afectată de imponderabilitate. Celulele sale au o înveliș durabilă care conține celuloză și sunt cele mai rezistente la condițiile nefavorabile de viață.
Dezavantajele chlorellei ca legătură într-un ecosistem artificial includ discrepanța dintre coeficientul de asimilare a CO 2 și coeficientul de respirație umană, necesitatea unor concentrații crescute de CO 2 în faza gazoasă pentru funcționarea eficientă a verigii de regenerare biologică, oarecare discrepanță în nevoile algelor chlorella pentru elementele biogene cu prezența acestor elemente în excrețiile umane, necesitatea unui tratament special al celulelor chlorella pentru a obține digestibilitatea biomasei. Algele unicelulare în general (în special, Chlorella), spre deosebire de plantele superioare, nu dispun de dispozitive de reglare și necesită un control automat al procesului de biosinteză pentru o funcționare fiabilă și eficientă în cultură.
Valorile maxime ale eficienței în experimente pentru toate tipurile de alge sunt în intervalul de la 11 la 16% (eficiența teoretică a utilizării energiei luminoase de către microalge este de 28%). Cu toate acestea, productivitatea ridicată a culturii și consumul redus de energie sunt de obicei cerințe contradictorii, deoarece valorile maxime de eficiență sunt atinse la densități optice relativ scăzute ale culturii.
În prezent, alga unicelulară Chlorella, precum și alte tipuri de microalge (Scenedesmus, Spirulina etc.) sunt folosite ca obiecte biologice model ale legăturii autotrofice a ecosistemelor artificiale.
REALIZĂRI ȘI PERSPECTIVE
Odată cu acumularea de experiență practică în studiul și dezvoltarea spațiului apropiat de Pământ, programele de cercetare spațială devin din ce în ce mai complexe. Este necesar să se rezolve astăzi principalele probleme ale formării sistemelor biologice de susținere a vieții pentru viitoarele misiuni spațiale pe termen lung, deoarece experimentele științifice efectuate cu părți ale sistemelor biologice de susținere a vieții sunt caracterizate de o durată lungă de la început până la final. se obtine rezultatul. Acest lucru se datorează, în special, ciclurilor de dezvoltare relativ lungi care există în mod obiectiv în multe organisme vii alese ca verigi în sistemele biologice de susținere a vieții, precum și nevoii de a obține informații fiabile cu privire la consecințele pe termen lung ale conexiunilor trofice și de altă natură. de biolinkuri, care pentru organismele vii pot apărea de obicei doar în generațiile ulterioare. Nu există încă metode de accelerare a unor astfel de experimente biologice. Tocmai această împrejurare necesită lansarea unor experimente pentru a studia procesele de transfer de energie și de masă în sistemele biologice de susținere a vieții, inclusiv oamenii, cu mult înainte de timp.
Este clar că principalele probleme ale creării sistemelor biologice de susținere a vieții pentru echipajele spațiale trebuie mai întâi rezolvate și rezolvate în condițiile solului. În aceste scopuri au fost create și sunt în curs de creare centre speciale tehnice și medico-biologice, inclusiv baze puternice de cercetare și testare, camere presurizate de volum mare, standuri care simulează condițiile de zbor în spațiu etc. În experimente complexe la sol desfășurate în camere cu participarea unor grupuri de testeri, se determină compatibilitatea sistemelor și a legăturilor între ele și cu oamenii, se clarifică stabilitatea legăturilor biologice într-un ecosistem artificial care funcționează îndelungat, se evaluează eficacitatea și fiabilitatea deciziilor luate, și se face alegerea unei opțiuni biologice de susținere a vieții pentru studiul final aprofundat în legătură cu un anumit obiect spațial sau zbor.
În anii 60 și 70, în URSS au fost efectuate o serie de experimente științifice unice, menite să creeze sisteme biologice de susținere a vieții pentru echipajele ecosistemelor spațiale artificiale. În noiembrie 1968, în URSS a fost finalizat un experiment pe termen lung (pe un an) cu participarea a trei testeri. Principalele sale obiective au fost testarea și testarea mijloacelor tehnice și tehnologiilor unui sistem integrat de susținere a vieții bazat pe metode fizico-chimice de regenerare a substanțelor și o metodă biologică de completare a nevoilor umane de vitamine și fibre la cultivarea culturilor verzi în seră. acest experiment, suprafața însămânțată a serei a fost de numai 7,5 m2, productivitatea biomasei pe persoană a fost în medie de 200 g pe zi. Setul de culturi a inclus varză Khibiny, borage, creson și mărar.
În timpul experimentului s-a stabilit posibilitatea cultivării normale a plantelor superioare într-un volum închis cu prezență umană în el și utilizarea repetată a apei de transpirație fără regenerarea acesteia pentru irigarea substratului. În seră s-a efectuat regenerarea parțială a substanțelor, asigurând o restricție minimă a alimentelor și oxigenului - cu 3 - 4%.
În 1970, la Expoziția Realizărilor Economice a URSS, a fost demonstrat un model experimental al unui sistem de susținere a vieții, prezentat de Institutul Biotehnic de Cercetare Științifică All-Union al Glavmicrobioprom al URSS și destinat să determine compoziția optimă a unui complex. a unităţilor biotehnice şi modul lor de funcţionare. Sistemul de susținere a vieții al machetei a fost conceput pentru a satisface nevoile a trei persoane de apă, oxigen și produse vegetale proaspete pentru o perioadă nelimitată de timp. Principalele blocuri de regenerare din sistem au fost reprezentate de un cultivator de alge cu o capacitate de 50 l și o seră cu o suprafață utilă de aproximativ 20 m2 (Fig. 3). Reproducerea produselor alimentare de origine animală a fost încredințată cultivatorului de pui.
 Orez. 3. Exteriorul serei |
O serie de studii experimentale asupra ecosistemelor, inclusiv a oamenilor, a fost efectuată la Institutul de Fizică al Filialei Siberiei a Academiei de Științe a URSS. Un experiment cu un sistem cu două legături „om – microalge” (chlorella) cu durata de 45 de zile a făcut posibilă studierea transferului de masă între legăturile sistemului și mediu și obținerea unei închideri generale a ciclului de substanțe egală cu 38% (regenerarea atmosferei si a apei).
Experimentul cu un sistem cu trei legături „uman – plante superioare – microalge” a fost efectuat timp de 30 de zile. Scopul este de a studia compatibilitatea oamenilor cu plantele superioare sub schimbul de gaze complet închis și schimbul de apă parțial închis. În același timp, s-a încercat închiderea lanțului trofic prin biomasă vegetală (vegetală). Rezultatele experimentului au arătat absența influenței inhibitorii reciproce a legăturilor sistemului prin atmosfera generală în timpul experimentului. Suprafața minimă de plantare pentru o cultură legumicolă continuă a fost determinată pentru a satisface pe deplin nevoile unei persoane de legume proaspete în regimul de cultivare selectat (2,5 - 3 m2).
Odată cu introducerea celei de-a patra verigi în sistem - un cultivator microbian conceput pentru a procesa deșeurile vegetale nealimentare și a le returna în sistem, a început un nou experiment cu o persoană care durează 73 de zile. În timpul experimentului, schimbul de gaze al unităților a fost complet închis, schimbul de apă a fost aproape complet închis (cu excepția probelor pentru analiză chimică), iar schimbul de alimente a fost parțial închis. În timpul experimentului, a fost evidențiată o deteriorare a productivității plantelor superioare (grâu), explicată prin acumularea de metaboliți ai plantelor sau microflora însoțitoare în mediul nutritiv. S-a ajuns la concluzia că nu este adecvată introducerea unei legături de mineralizare pentru excrețiile umane solide în sistem pe baza indicatorilor tehnici și economici ai sistemului biologic cu patru legături.
În 1973, s-a încheiat un experiment de șase luni privind susținerea vieții unui echipaj de trei persoane într-un ecosistem închis, cu un volum total de aproximativ 300 m 3, care includea, pe lângă testeri, și legături ale plantelor superioare și inferioare. Experimentul a fost realizat în trei etape. În prima etapă, care a durat două luni, toate nevoile de oxigen și apă ale echipajului au fost satisfăcute de plante superioare, care au inclus grâu, sfeclă, morcovi, mărar, napi, kale, ridichi, castraveți, ceapă și măcriș. Apele uzate din compartimentul menajer au fost furnizate mediului de cultură a grâului. Secrețiile solide și lichide ale echipajului au fost îndepărtate din volumul sub presiune spre exterior. Nevoile nutriționale ale echipajului au fost satisfăcute parțial de plante superioare și parțial de alimente deshidratate din rezerve. În fiecare zi, 1953 g de biomasă (în greutate uscată), inclusiv 624 g de comestibil, au fost sintetizate în plantele superioare dintr-o suprafață de plantare de aproximativ 40 m2, ceea ce a reprezentat 30% din necesarul total al echipajului. În același timp, nevoile de oxigen a trei persoane au fost pe deplin satisfăcute (aproximativ 1500 de litri pe zi). Închiderea sistemului „om – plante superioare” în această etapă a fost de 82%.
În a doua etapă a experimentului, o parte a serei a fost înlocuită cu o legătură de plante inferioare - chlorella. Nevoile de apă și oxigen ale echipajului au fost satisfăcute de plante superioare (culturi de grâu și legume) și mai joase, secrețiile lichide ale echipajului au fost trimise într-un reactor de alge, iar secrețiile solide au fost uscate pentru a readuce apa în ciclu. Mesele echipajului au fost efectuate similar cu prima etapă. S-a evidențiat o deteriorare a creșterii grâului din cauza creșterii cantității de apă uzată furnizată cu mediul nutritiv pe unitatea de suprafață de plantat, care a fost redusă la jumătate.
La a treia etapă au rămas doar culturi legumicole în secțiunea de plante superioară, iar sarcina principală de regenerare a atmosferei de volum ermetic a fost realizată de reactorul de alge. Nu a fost adăugată apă uzată la soluția nutritivă a plantei. Cu toate acestea, în această etapă a experimentului, a fost descoperită intoxicația plantelor de către atmosfera volumului ermetic. Închiderea sistemului, inclusiv chlorella, care utilizează secreții lichide umane, a crescut la 91%.
În timpul experimentului, s-a acordat o atenție deosebită problemei egalizării fluctuațiilor temporare în schimbul de exometaboliți ai echipajului. În acest scop, testerii au trăit după un program care a asigurat continuitatea managementului ecosistemului și uniformitatea nivelului de transfer de masă pe durata existenței autonome a ecosistemului. Pe parcursul celor 6 luni de experiment, în sistem au fost 4 testeri, dintre care unul a locuit în el în mod continuu, și trei - câte 6 luni fiecare, fiind înlocuiți conform unui program.
Principalul rezultat al experimentului este dovada posibilității implementării unui sistem biologic de susținere a vieții, controlat autonom din interior, într-un spațiu închis limitat. Analiza funcțiilor fiziologice, biochimice și tehnologice ale subiecților testați nu a evidențiat nicio schimbare de direcție cauzată de șederea acestora în ecosistemul artificial.
În 1977, a fost efectuat un experiment de patru luni la Institutul de Fizică al Filialei Siberiei a Academiei de Științe a URSS cu un ecosistem închis artificial „om - plante superioare”. Sarcina principală este de a găsi o modalitate de a păstra productivitatea plantelor superioare într-un ecosistem închis. În același timp, a fost studiată și posibilitatea creșterii închiderii sistemului prin creșterea proporției din rația de hrană a echipajului care poate fi reprodusă în acesta. Doi testeri au participat la experiment (trei testeri în primele 27 de zile). Suprafața însămânțată a fitotronului a fost de aproximativ 40 m2. Setul de culturi de plante superioare include grâu, chufa, sfeclă, morcovi, ridichi, ceapă, mărar, kale, castraveți, cartofi și măcriș. În experiment, circulația forțată a atmosferei interne a fost organizată de-a lungul conturului „compartiment viu – fitotroni (sară) – compartiment viu”. Experimentul a fost o continuare a experimentului anterior cu un ecosistem închis „om – plante superioare – plante inferioare”.
În timpul experimentului, a cărui primă etapă a reprodus condițiile celei precedente, s-a evidențiat o scădere a fotosintezei plantelor, care a început în a 5-a zi și a durat până la 24 de zile. În continuare, a fost pornită purificarea termocatalitică a atmosferei (după arderea impurităților gazoase toxice acumulate), în urma căreia a fost eliminat efectul inhibitor al atmosferei asupra plantelor și a fost restabilită productivitatea fotosintetică a fitotronilor. Datorită dioxidului de carbon suplimentar obținut din arderea paielor și celulozei, partea reproductibilă a dietei echipajului a fost crescută la 60% din greutate (până la 52% din conținutul de calorii).
Schimbul de apă din sistem a fost parțial închis: sursa de apă potabilă și parțial sanitară a fost condensatul umidității de transpirație a plantelor, un mediu nutritiv cu adaos de apă uzată menajeră a fost folosit pentru irigarea grâului, iar echilibrul hidric a fost menținut prin introducerea apă distilată în cantități care compensau eliminarea excrețiilor lichide umane din sistem .
La sfârșitul experimentului, nu au fost detectate reacții negative ale corpului testatorilor la efectele complexe ale condițiilor unui sistem închis. Plantele le-au furnizat pe deplin testerelor oxigen, apă și cea mai mare parte a hranei pentru plante.
Tot în 1977, a fost finalizat un experiment de lună și jumătate cu doi subiecți de testare la Institutul de Probleme Medicale și Biologice al Ministerului Sănătății al URSS. Experimentul a fost realizat pentru a studia un model de ecosistem închis care a inclus o seră și o plantă de chlorella.
Experimentele efectuate au arătat că atunci când se realizează regenerarea biologică a atmosferei și apei într-un ecosistem artificial cu ajutorul plantelor verzi, plantele inferioare (chlorella) au o compatibilitate biologică mai mare cu oamenii decât cele superioare. Acest lucru rezultă din faptul că atmosfera din compartimentul viu și emisiile umane au afectat negativ dezvoltarea plantelor superioare și a fost necesar un tratament fizic și chimic suplimentar al aerului care intra în seră.
În străinătate, munca menită să creeze sisteme promițătoare de susținere a vieții se desfășoară cel mai intens în Statele Unite. Cercetarea se desfășoară în trei direcții: teoretică (determinarea structurii, compoziției și caracteristicilor de proiectare), teren experimental (testarea legăturilor biologice individuale) și zbor experimental (pregătirea și desfășurarea experimentelor biologice pe nave spațiale cu echipaj). Centrele NASA și companiile care dezvoltă nave spațiale și sisteme pentru acestea lucrează la problema creării de sisteme biologice de susținere a vieții. Multe studii prospective implică universități. NASA a creat un departament de biosisteme care coordonează munca la programul de creare a unui sistem biotehnic controlat de susținere a vieții.
Proiectul de a crea o structură artificială grandioasă în Statele Unite, numită „Biosphere-2”, a stârnit un mare interes în rândul specialiștilor de mediu. Această structură din sticlă, oțel și beton este un volum complet etanș egal cu 150.000 m 3 și care acoperă o suprafață de 10.000 m 2. Întregul volum este împărțit în compartimente la scară largă în care se formează modele fizice ale diferitelor zone climatice ale Pământului, inclusiv pădure tropicală, savana tropicală, lagună, zone oceanice de mică adâncime și adâncime, deșert etc. „Biosfera-2” găzduiește, de asemenea, locuințe pentru testeri, laboratoare, ateliere, sere agricole și iazuri piscicole, sisteme de tratare a deșeurilor și alte sisteme de servicii și mijloace tehnice necesare vieții umane. Plafoanele și pereții din sticlă ai compartimentelor Biosphere-2 ar trebui să asigure fluxul de energie solară radiantă către locuitorii săi, care vor include opt testeri voluntari în primii doi ani. Ei vor trebui să dovedească posibilitatea vieții și activității active în condiții izolate bazate pe circulația internă a substanțelor din biosfera.
Institutul de Ecotehnică, care a condus crearea Biosphere-2 în 1986, plănuiește să finalizeze construcția acestuia în acest an. Mulți oameni de știință și specialiști tehnici respectați s-au alăturat proiectului.
În ciuda costului semnificativ al lucrării (cel puțin 30 milioane USD), implementarea proiectului va face posibilă efectuarea de cercetări științifice unice în domeniul ecologiei și biosferei Pământului, pentru a determina posibilitatea utilizării elementelor individuale ale „Biosferă- 2” în diverse sectoare ale economiei (purificarea biologică și regenerarea apei, aer și alimentație). „Astfel de structuri vor fi necesare pentru crearea de așezări în spațiul cosmic și poate pentru conservarea anumitor tipuri de ființe vii pe Pământ”, spune astronautul american R. Schweickart.
Semnificația practică a experimentelor menționate constă nu numai în rezolvarea problemelor individuale de creare a ecosistemelor spațiale închise care includ oameni. Rezultatele acestor experimente nu sunt mai puțin importante pentru înțelegerea legilor ecologiei și a fundamentelor medicale și biologice ale adaptării umane la condiții extreme de mediu, clarificarea capacităților potențiale ale obiectelor biologice în modurile de cultivare intensivă, dezvoltarea tehnologiilor fără deșeuri și ecologice pentru a satisface nevoile umane de hrană, apă și aer de calitate în structuri locuite artificiale izolate (așezări subacvatice, stații polare, sate ale geologilor din Nordul Îndepărtat, structuri de apărare etc.).
În viitor, ne putem imagina orașe întregi fără deșeuri și prietenoase cu mediul. De exemplu, directorul Institutului Internațional de Analiză a Sistemelor, C. Marchetti, consideră: „Civilizația noastră va putea exista pașnic și, mai mult, în condiții mai bune decât cele actuale, închisă în orașe insulare care sunt complet auto-autonome. suficientă, nu depinde de vicisitudinile naturii, nu are nevoie de resurse naturale.” materii prime, nici în energie naturală și nici garantate de poluare.” Să adăugăm că aceasta necesită îndeplinirea unei singure condiții: unificarea eforturilor întregii omeniri în munca creativă pașnică pe Pământ și în spațiu.
CONCLUZIE
Soluția de succes a problemei creării de ecosisteme artificiale mari, inclusiv umane și bazată pe un ciclu biologic complet sau parțial închis de substanțe, este de mare importanță nu numai pentru progresul ulterioar al astronauticii. Într-o epocă în care „cu o claritate atât de înspăimântătoare am văzut că un al doilea front, cel de mediu, se apropia de frontul amenințării spațiale nucleare și i se alătură” (din discursul ministrului de externe al URSS, E. A. Shevardnadze, la cea de-a 43-a sesiune a Adunarea Generală Adunarea ONU), una dintre căile reale de ieșire din apropierea crizei de mediu poate fi crearea de tehnologii agroindustriale intensive, practic fără deșeuri și ecologice, care ar trebui să se bazeze pe ciclul biologic al substanțelor și pe o utilizare mai eficientă. a energiei solare.
Vorbim despre o problemă științifică și tehnică fundamental nouă, ale cărei rezultate pot fi de mare importanță pentru protecția și conservarea mediului, dezvoltarea și utilizarea pe scară largă a noilor biotehnologii intensive și fără deșeuri, crearea de sisteme automate și autonome. complexe robotizate pentru producerea biomasei alimentare, solutia programului alimentar la nivel inalt.nivel stiintific si tehnic modern. Cosmicul este inseparabil de pământesc, prin urmare, și astăzi rezultatele programelor spațiale au un efect economic și social semnificativ în diverse domenii ale economiei naționale.
Spațiul servește și trebuie să servească oamenii.
LITERATURĂ
Blinkin S.A., Rudnitskaya T.V. Phytoncides sunt în jurul nostru. – M.: Cunoașterea, 1981.
Gazenko O. G., Pestov I. D., Makarov V. I. Umanitatea și spațiul. – M.: Nauka, 1987.
Dadykin V.P. Creșterea plantelor spațiale. – M.: Cunoașterea, 1968.
Dazho R. Fundamentele ecologiei. – M.: Progres, 1975.
Sistem închis: om - plante superioare (experiment de patru luni) / Ed. G. M. Lisovsky. – Novosibirsk-Nauka, 1979.
Cosmonautica. Enciclopedie. / Ed. V. P. Glushko - M.: Enciclopedia sovietică, 1985.
Lapo A.V. Urme ale biosferelor trecute. – M.: Cunoașterea, 1987.
Nichiporovich A. A. Eficiența frunzelor verzi. – M.: Cunoașterea 1964.
Fundamentele biologiei și medicinei spațiale. / Ed. O G Gazenko (URSS) și M. Calvin (SUA). – T. 3 – M.: Nauka, 1975.
Plotnikov V.V. La răscrucea ecologiei. – M.: Mysl, 1985
Sytnik K. M., Brion A. V., Gordetsky A. V. Biosfera, ecologie, conservarea naturii. – Kiev: Naukova Dumka, 1987.
Sisteme ecologice experimentale inclusiv oameni / Ed. V. N. Cernigovski. – M.: Nauka, 1975
Yazdovsky V.I. Biosferă artificială. – M.: Nauka, 1976
Aplicație
TURISM SPATIAL
V. P. MIHAILOV
În contextul boom-ului turistic care a început peste tot în anii 60, experții au atras atenția asupra posibilității călătoriilor în spațiu în scop turistic.
Turismul spațial se dezvoltă în două direcții. Una dintre ele este pur terestră - fără zboruri spațiale. Turiștii vizitează obiecte pământești - cosmodrome, centre de control al zborului, orașe „stele”, întreprinderi pentru dezvoltarea și producția de elemente de tehnologie spațială și participă și observă lansarea navelor spațiale zburătoare și a vehiculelor de lansare.
Turismul spațial de pe Pământ a început în iulie 1966, când au fost organizate primele tururi cu autobuzul la instalațiile de lansare ale NASA de la Cape Kennedy. La începutul anilor '70, turiștii cu autobuzul au vizitat locul complexului nr. 39, de pe care astronauții au lansat în zborul spre Lună, clădirea de ansamblu verticală (un hangar de peste 100 m înălțime), unde a fost asamblat vehiculul de lansare Saturn-V. și testat, iar nava spațială a fost andocata nava Apollo, parcarea șasiului unic pe șenile care livrează vehiculul de lansare la rampa de lansare și multe altele. Într-o sală specială de cinema au urmărit ştiri despre evenimente spaţiale. La acea vreme, până la 6–7 mii de turiști făceau o astfel de excursie în fiecare zi în timpul verii și aproximativ 2 mii în sezonul scăzut.Turiștii neorganizați au crescut fluxul de vizitatori cu încă 20–25%.
De la bun început, astfel de excursii au câștigat o mare popularitate. Deja în 1971, a fost înregistrat al patru milion de participanti. În timpul unor lansări (de exemplu, către Lună), numărul turiștilor a fost de sute de mii.
O altă direcție este turismul spațial direct. Deși astăzi este la început, perspectivele sale sunt largi. Pe lângă aspectul pur turistic, trebuie să se țină cont de aspectele strategice și economice.
Aspectul strategic constă în posibila aşezare parţială a umanităţii în sistemul solar. Desigur, aceasta este o chestiune de viitor îndepărtat. Așezarea va avea loc pe parcursul a sute de ani și milenii. O persoană trebuie să se obișnuiască să trăiască în spațiul cosmic, să se stabilească în el, să acumuleze o anumită experiență - cu excepția cazului în care, desigur, nu apar cataclisme terestre sau cosmice, când acest proces trebuie accelerat. Și turismul spațial este un model bun pentru elaborarea acestui proces. Pe de altă parte, experiența asigurării vieții umane în spațiu, acumulată în timpul călătoriilor turistice, familiarizarea cu echipamentele și dispozitivele de susținere a vieții în spațiu vor permite unei persoane să trăiască și să lucreze cu mai mult succes pe Pământ în condiții de deteriorare a mediului și să folosească spațiul. mijloace și sisteme tehnice „împământate”.
Aspectul economic al turismului spațial este, de asemenea, foarte important pentru astronautică. Unii experți văd turismul spațial, axat pe utilizarea fondurilor personale ale turiștilor spațiali, ca o sursă semnificativă de finanțare pentru programele spațiale. În opinia lor, o creștere a fluxului de marfă în spațiu ca urmare a turismului spațial de 100 de ori față de cel actual (care este realist) va reduce, la rândul său, costul specific al lansării unei unități de sarcină utilă de 100 - 200 de ori. pentru întreaga cosmonautică în ansamblu fără a implica investiții guvernamentale suplimentare.
Potrivit experților, cheltuielile anuale ale umanității pentru turism se ridică la aproximativ 200 de miliarde de lire sterline. Artă. În următoarele decenii, turismul spațial ar putea reprezenta 5% din această cifră, adică 10 miliarde de lire sterline. Artă. Se crede că, dacă costul unui tur spațial este echilibrat optim și, în același timp, este asigurată o siguranță a zborului suficient de mare (comparabilă cel puțin cu nivelul de siguranță a zborului pe un avion modern cu reacție de pasageri), atunci aproximativ 100 de milioane de oameni ar exprima o dorință de a face o călătorie în spațiu în următoarele decenii. Potrivit altor estimări, fluxul de turiști spațiali se va ridica la 100 de mii de persoane anual până în 2025, iar în următorii 50 de ani numărul persoanelor care au fost în spațiu va ajunge la aproximativ 120 de milioane de oameni.
Cât poate costa un tur spațial în aceste zile? Să estimăm limita superioară a „pachetului turistic”. În URSS, pregătirea unui astronaut costă aproximativ 1 milion de ruble, un vehicul de lansare în serie costă 2-3 milioane de ruble, o navă spațială cu două locuri costă 7-8 milioane de ruble. Astfel, un „zbor pentru doi” va fi de aproximativ 11–13 milioane de ruble, fără a lua în calcul așa-numitul sprijin la sol. Această cifră ar putea fi redusă semnificativ dacă nava spațială ar fi proiectată într-o versiune pur turistică: nu o umple cu echipamente științifice complexe, crescând astfel numărul de pasageri, pregătindu-i pentru zbor nu conform programului astronauților, ci după unul mai simplu. , etc. Ar fi interesant să se determine costul unui zbor turistic mai precis, dar acest lucru trebuie făcut. economiști în domeniul tehnologiei rachetelor și spațiale.
Există și alte modalități de a reduce costul unui zbor turistic în spațiu. Una dintre ele este crearea unei nave turistice speciale reutilizabile. Optimiștii cred că costul unui zbor pe navele de transport spațial din a doua și a treia generație va fi comparabil cu costul unui zbor cu un avion de pasageri, ceea ce va predetermina turismul spațial de masă. Și totuși, experții sugerează că costul turului pentru primii turiști va fi de aproximativ 1 milion de dolari. În deceniile următoare, acesta va scădea rapid și va ajunge la 100 de mii de dolari. Pe măsură ce se realizează infrastructura de turism spațial saturată optim, inclusiv o flotă de nave spațiale. , hoteluri pe orbitele Pământului și pe Lună, producție continuă de echipamente turistice, instruire în măsuri de siguranță etc., în condițiile turismului de masă, costul turului va scădea la 2 mii de dolari. Aceasta înseamnă că costul lansării unei încărcături utile în spațiul cosmic nu ar trebui să fie mai mare de 20 de dolari/kg. În prezent, această cifră este de 7-8 mii.
Există încă multe dificultăți și probleme nerezolvate pe calea turismului spațial. Cu toate acestea, turismul spațial este o realitate și a 21-a piatră de hotar. Între timp, 260 de oameni din zece țări au contribuit deja cu bani la una dintre organizațiile americane care a început să lucreze în această direcție pentru dezvoltarea și implementarea unui zbor turistic spațial. Unele agenții de turism americane au început să vândă bilete pentru primul zbor turistic de la Pământ la Lună. Data de plecare este deschisă. Va fi ștampilat pe bilet, se crede, peste 20-30 de ani.
Cu toate acestea, americanii nu sunt primii aici. În 1927, prima expoziție internațională de nave spațiale din lume a avut loc pe strada Tverskaya din Moscova. A întocmit liste cu cei care doresc să zboare pe Lună sau Marte. Au fost foarte mulți oameni interesați. Poate că unii dintre ei nu și-au pierdut încă speranța de a pleca în prima călătorie turistică în spațiu.
CRONICA COSMONAUTICĂ*
* Continuare (vezi nr. 3, 1989). Pe baza materialelor de la diverse agenții de presă și periodice, sunt furnizate date privind lansarea unor sateliți artificiali Pământeni (AES), începând cu 15 noiembrie 1989. Lansările satelitului Cosmos nu sunt înregistrate. Ele sunt raportate în mod regulat, de exemplu, de revista Nature și trimitem cititorii interesați. Un apendice separat este dedicat zborurilor spațiale cu echipaj.
LA 15 NOIEMBRIE 1988, în Uniunea Sovietică a fost efectuată prima lansare de probă a rachetei universale și a sistemului de transport spațial „Energia” cu nava spațială reutilizabilă „Buran”. După ce a finalizat un zbor fără pilot pe două orbite, vehiculul orbital Buran a aterizat cu succes în modul automat pe pista de aterizare a Cosmodromului Baikonur. Nava Buran este construită după proiectarea unei aeronave fără coadă, cu o aripă deltă cu întindere variabilă. Capabil să facă coborâre controlată în atmosferă cu manevră laterală până la 2000 km. Lungimea navei este de 36,4 m, anvergura aripilor este de aproximativ 24 m, înălțimea navei care stă pe șasiu este mai mare de 16 m. Greutatea de lansare este mai mare de 100 de tone, dintre care 14 tone sunt combustibil. Compartimentul său de marfă poate găzdui o sarcină utilă cu o greutate de până la 30 de tone. În compartimentul de la prova este construită o cabină presurizată pentru echipaj și echipament cu un volum de peste 70 m 3. Sistemul principal de propulsie este situat în partea din spate a navei; două grupuri de motoare pentru manevră sunt situate la capătul secțiunii de coadă și în partea din față a carenei. Învelișul de protecție termică, constând din aproape 40 de mii de plăci profilate individual, este realizat din materiale speciale - cuarț la temperatură ridicată și fibre organice, precum și material pe bază de carbon. Primul zbor al navei spațiale reutilizabile Buran deschide o nouă etapă calitativ în programul de cercetare spațială sovietică.
LA 10 DECEMBRIE 1988, vehiculul de lansare Proton a lansat următorul (al 19-lea) satelit sovietic al televiziunii Ekran transmis pe orbită. Lansat pe orbită geostaționară la 99°E. (indicele internațional de înregistrare „Stationary T”), acești sateliți sunt utilizați pentru a transmite programe de televiziune în intervalul de lungimi de undă decimetrice în regiunile Uralilor și Siberiei către dispozitivele de recepție a abonaților pentru uz colectiv.
LA 11 DECEMBRIE 1988, din portul spațial Kourou din Guyana Franceză, cu ajutorul vehiculului de lansare vest-european Ariane-4, doi sateliți de comunicații au fost lansați pe orbită geostaționară - englezul Sky-net-4B și Astra-1 aparținând consorțiul luxemburghez SES. Satelitul Astra-1 este destinat retransmiterii programelor de televiziune către centrele locale de distribuție din țările Europei de Vest. Satelitul are 16 repetoare de putere medie, dintre care majoritatea sunt închiriate de organizația britanică British Telecom. Poziția estimată a satelitului „Astra-1” este 19,2° V. d. Inițial, satelitul englez trebuia lansat cu ajutorul navetei spațiale americane. Cu toate acestea, accidentul Challenger din ianuarie 1986 a perturbat aceste planuri și au decis să folosească vehiculul de lansare Ariane pentru lansare. Lansarea a doi sateliți a fost efectuată de vehiculul de lansare Ariane-4, echipat cu două propulsoare solide și două propulsoare lichide. Consorțiul Arianespace a anunțat potențialii consumatori că acest model de rachetă este capabil să livreze o sarcină utilă de 3,7 tone pe o orbită de transfer cu o altitudine de apogeu de 36 mii km. În această versiune, Ariane-4 este folosit pentru a doua oară. Prima lansare a vehiculului de lansare în această configurație a fost o lansare de probă. Apoi, în 1988, cu ajutorul acestuia, au fost lansati pe orbită trei sateliți: meteorologicul vest-european Meteosat-3 și radioamatorul Amsat-3, precum și satelitul de comunicații american Panamsat-1.
LA 22 DECEMBRIE 1988, în URSS, Molniya LV a lansat pe o orbită extrem de eliptică, cu o înălțime a apogeului de 39.042 km în emisfera nordică, următorul (al 32-lea) satelit Molniya-3 pentru a asigura funcționarea unei distanțe lungi. sistem de comunicații radio telefonice și telegrafice și transmisie de programe de televiziune conform sistemului Orbit.
LA 23 DECEMBRIE 1988, cel de-al 24-lea satelit al Republicii Populare Chineze a fost lansat din Cosmodromul Xichang folosind vehiculul de lansare Long March-3. Acesta este al patrulea satelit chinezesc de comunicații lansat pe orbită geostaționară. Punerea în funcțiune a satelitului va finaliza tranziția tuturor programelor naționale de televiziune la redifuzare prin sistemul de satelit. Premierul Consiliului de Stat al Republicii Populare Chineze Li Peng a fost prezent la lansarea satelitului.
LA 25 DECEMBRIE 1988, în URSS, vehiculul de lansare Soyuz a lansat pe orbită nava spațială automată de marfă Progress-39, destinată aprovizionării stației orbitale sovietice Mir. Nava a acostat cu stația pe 27 decembrie, s-a dezacostat de pe 7 februarie 1989 și în aceeași zi a intrat în atmosferă și a încetat să mai existe.
LA 28 DECEMBRIE 1988, în URSS, Molniya LV a fost lansat pe o orbită extrem de eliptică cu o altitudine de apogeu de 38.870 km în emisfera nordică de către următorul (al 75-lea) satelit de comunicații Moliya-1. Acest satelit este operat ca parte a unui sistem de satelit utilizat în Uniunea Sovietică pentru comunicații radio telefonice și telegrafice, precum și pentru transmiterea de programe de televiziune prin sistemul Orbit.
LA 26 IANUARIE 1989, Proton LV a lansat următorul (al 17-lea) satelit de comunicații Horizon în URSS. Plasat pe orbită geostaționară la 53°E. etc., a primit indexul de înregistrare internațională „Stationar-5”. Satelitul Horizon este utilizat pentru a transmite programe de televiziune către o rețea de stații terestre „Orbita”, „Moscova” și „Intersputnik”, precum și pentru comunicarea cu nave și aeronave folosind repetoare suplimentare.
27 IANUARIE 1989 Vehiculul de lansare Ariane-2 a lansat satelitul Intelsat-5A (modelul F-15) pe o orbită de transfer pentru a fi utilizat în sistemul comercial global de comunicații prin satelit al consorțiului internațional ITSO. Transferat într-un punct staționar pe orbită geostaționară la 60° est. d., satelitul va înlocui satelitul Intelsat-5A aflat acolo (model F-12), lansat în septembrie 1985.
LA 10 FEBRUARIE 1989, în URSS, vehiculul de lansare Soyuz a lansat nava spațială de marfă automată Progress-40, destinată aprovizionării stației orbitale sovietice Mir. Nava s-a andocat cu stația pe 12 februarie și s-a dezacostat de pe 3 martie. După deconectare, a fost efectuat un experiment pentru a desfășura în condiții de spațiu deschis două structuri mari multi-link care au fost pliate pe suprafața exterioară a navei spațiale Progress-40. La comanda automatizării de bord, aceste structuri au fost deschise una câte una. Desfăşurarea lor a fost realizată prin utilizarea unor elemente din material cu efect de memorie a formei. Pe 5 martie, sistemul de propulsie de pe navă a fost pornit. În urma frânării, nava a intrat în atmosferă și a încetat să mai existe.
LA 15 FEBRUARIE 1989, URSS Molniya LV a fost lansată pe o orbită extrem de eliptică cu o altitudine de apogeu de 38.937 km în emisfera nordică de către următorul (al 76-lea) satelit de comunicații Molniya-1. Acest satelit este inclus în sistemul de sateliți utilizat în Uniunea Sovietică pentru comunicațiile radio telefonice și telegrafice, precum și transmisia de programe de televiziune prin sistemul Orbita.
PE 16 MARTIE, în URSS, vehiculul de lansare Soyuz a lansat nava spațială de marfă automată Progress-41, destinată aprovizionării stației orbitale sovietice Mir. Nava a acostat cu stația pe 18 martie.
Cronica zborurilor cu echipaj 1
1 Continuare (vezi nr. 3, 1989).
2 Numărul de zboruri spațiale, inclusiv ultimul, este indicat între paranteze.
3 Expeditie la statia Mir.
În echipajul stației Mir au rămas 4 cosmonauți A. Volkov și S. Krikalev. 21 decembrie 1988, împreună cu J.-L. Chretien s-a întors pe pământ de la stația Mir, V. Titov și M. Manarov, care au realizat cel mai lung zbor din istoria astronauticii, cu o durată de 1 an.
ȘTIRI ASTRONOMICE
AȚĂ ÎN ȚARA MINUNILOR
Am menționat deja în notele noastre scurte despre una dintre consecințele cosmologice ale unor modele de Mare Unificare - predicția existenței firelor cosmologice. Acestea sunt structuri extinse unidimensionale cu o densitate mare de masă liniară (~Ф 0 2, unde Ф 0 este o medie a vidului diferită de zero) și o grosime de ~ 1/Ф 0.
Dintre numeroasele modele realiste ale Marii Unificări (deoarece există și cele nerealiste), cele mai de succes sunt cele care includ particule oglindă, strict simetrice în proprietățile lor față de particulele obișnuite corespunzătoare. Nu numai particule de materie (electroni, quarci), ci și particule care poartă interacțiuni (fotoni, W-bosoni, gluoni etc.). În schemele de acest fel, încălcarea simetriei complete duce la o tranziție de la particule obișnuite la particule oglindă. Firele care apar în aceste modele se numesc fire Alice. Ele se disting de firele cosmologice „obișnuite” prin următoarea proprietate suplimentară: plimbarea în jurul firului schimbă specularitatea obiectului.
Din această proprietate „oglindă” rezultă că însăși definiția specularității devine relativă: dacă un obiect macroscopic este considerat obișnuit de noi când ocolim firul din stânga, atunci se dovedește a fi oglindit dacă firul se învârte pe dreapta (sau: invers). În plus, radiația electromagnetică pe care o percepem ca normală în stânga firului lui Alice va fi oglindită în dreapta acestuia. Receptoarele noastre electromagnetice obișnuite nu vor putea să-l înregistreze.
Dar totul este în teorie. Există eventuale manifestări observaționale ale firelor de Alice? Toate proprietățile pe care le au firele cosmologice obișnuite se găsesc și în firele lui Alice. Dar, spre deosebire de primul, firele lui Alice trebuie să schimbe specularitatea relativă a particulelor și a razelor de lumină în timpul evoluției lor. Existența particulelor în oglindă duce la faptul că stelele și, probabil, clusterele globulare ar trebui să aibă o singură specularitate, în timp ce galaxiile și neomogenitățile mai mari (clustere, superclustere) constau dintr-un număr egal de particule oglindă și obișnuite. Mai mult, caracteristicile lor medii (spectrul, luminozitatea, distribuția maselor și a vitezelor etc.) sunt aceleași. Prin urmare, dacă nu putem „rezolva” galaxia în stele individuale, atunci nici măcar nu putem observa trecerea filamentului Alice între ele și galaxie, deoarece atât luminozitatea speculară, cât și obișnuită și spectrele galaxiei sunt complet simetrice.
Puteți încerca să detectați manifestarea firului Alice (ca, într-adevăr, un fir cosmologic de orice natură) prin efectul de strălucire a gazului pe care îl provoacă în unda de șoc. Acesta din urmă se formează atunci când materia este perturbată de câmpul gravitațional conic al firului. Adevărat, luminozitatea gazului din unda de șoc din spatele filamentului este greu de separat de fundalul luminozității generale a unui astfel de gaz. Același lucru este valabil și pentru perturbarea temperaturii radiației cosmice de fond cu microunde în direcția filamentului. Prin urmare, cea mai promițătoare, potrivit teoreticienilor, este căutarea efectului de lentilă gravitațională cauzat de firul Alice.
ESTE CONSTANT?
Vorbim despre constanta gravitațională a lui Newton G. Există multe teorii care prevăd nevoia de a o schimba. Cu toate acestea, nu numai aceasta, ci și alte constante fundamentale - în unele modele ale teoriei superstringurilor, de exemplu, aceste constante ar trebui să se schimbe odată cu vârsta Universului (odată cu expansiunea Universului G, de exemplu, ar trebui să scadă).
Niciunul dintre experimentele efectuate până în prezent nu a oferit vreo dovadă în favoarea inconstanței G. Au fost stabilite doar limitele superioare ale acestei modificări - aproximativ 10-11 părți pe an. Recent, oamenii de știință americani au confirmat această evaluare prin observarea unui pulsar radio dublu.
Descoperit în 1974, pulsarul binar PSR 1913+16 constă dintr-o stea neutronică care orbitează în jurul unui alt obiect compact. S-a întâmplat că rata de schimbare a perioadei sale orbitale este cunoscută cu o acuratețe uimitor de mare.
Relativitatea generală prezice că un astfel de sistem binar va emite unde gravitaționale. În acest caz, perioada orbitală a pulsarului dublu se modifică. Rata schimbării sale, prezisă sub ipoteza constanței G, coincide perfect cu cel observat.
Observațiile oamenilor de știință americani ne permit să estimăm limita variabilității G prin mica diferenta dintre observatii si predictii ale relativitatii generale. Această estimare, așa cum sa menționat deja, oferă o valoare de ordinul a 10-11 părți pe an. Deci cel mai probabil G nu se schimba niciodata.
„ECHO LUMINAR” AL SUPERNOVA-87
Astronomii australieni și americani au detectat o creștere destul de puternică a radiației infraroșii din LMC Supernova. Faptul unei astfel de radiații în sine nu este nimic special. Izbucnirea lui este de neînțeles și neașteptat.
Au fost propuse mai multe ipoteze. Potrivit unuia dintre ei, un pulsar „stă” în gazul ejectat de o stea care explodează (deși radiația pulsarului ar trebui să aibă o lungime de undă mai mică). Conform celei de-a doua ipoteze, gazele din explozie se condensează în particule solide de macropraf, care, atunci când sunt încălzite, emit radiații infraroșii.
A treia ipoteză este, de asemenea, „praf”. Cu mii și mii de ani înainte de explozie, steaua originală pierdea gazul care se adunase în jurul ei. Învelișul de praf s-a întins în jurul Supernovei timp de aproape un an lumină - atât a durat luminii de la steaua care explodează pentru a ajunge la norul de praf. Praful încălzit re-radiază în infraroșu, iar radiația durează încă un an pentru a ajunge la observatorii de pe Pământ. Așa se explică timpul care a trecut de la înregistrarea exploziei Supernova până la detectarea fulgerului de radiație infraroșie.
LIPARĂ MASĂ
Dacă teoria modernă a evoluției stelelor este corectă (și nu pare să existe niciun motiv să ne îndoim de acest lucru), atunci stelele de masă mică (cu o masă mai mică decât masa Soarelui) nu „au temperamentul” să se termine. viețile lor sub forma unei nebuloase planetare - un nor luminos de gaz, în centrul căruia rămâne rămășița stelei originale.
Cu toate acestea, destul de mult timp această interdicție a fost încălcată în mod misterios - în multe cazuri masa nebuloasei planetare s-a dovedit a fi mai mică decât masa Soarelui. Astronomii englezi și olandezi au examinat trei nebuloase planetare strălucitoare (sau mai degrabă, învelișurile lor slab luminoase). Folosind spectrele pe care le-au obținut, a fost calculată atât masa cochiliei, cât și a nebuloasei în sine. Problema deficienței de masă a devenit mai clară - există mult mai multă materie în coajă decât în nebuloasă însăși. Inițial, stelele - „organizatorii” nebuloaselor planetare - ar trebui să fie mai grele. Masa lipsă este în carcasă.
Dar apoi a apărut un nou mister. Temperaturile gazului calculate pentru nebuloasă și înveliș diferă - plicul s-a dovedit a fi de 2 ori mai fierbinte decât nebuloasă. S-ar părea că ar trebui să fie invers, pentru că steaua centrală este obligată să încălzească gazul de coajă. Una dintre ipotezele care explică acest paradox: energia pentru încălzirea carcasei este furnizată de un „vânt” rapid care sufla dinspre steaua centrală.
AVERTISMENT - FLASH
Satelitul american SMM, conceput pentru a studia Soarele, și-a prezis „moartea” prematură - părăsirea orbitei. Datele obținute de la acest satelit sugerează că, potrivit experților de la National Oceanic and Atmospheric Administration, ne vom petrece următorii patru ani într-un mediu cu activitate solară crescută. Cu toate consecințele care au urmat - furtuni magnetice, complicarea comunicațiilor radio și a navigației, interferarea cu funcționarea radarelor, reprezentarea unui pericol cert pentru echipajele navelor spațiale, deteriorarea părților electronice delicate ale sateliților etc.
Erupțiile solare emit radiații ultraviolete dure care încălzesc atmosfera superioară. Ca urmare, înălțimea marginii sale superioare (condiționale) crește. Pe scurt, atmosfera devine „perturbată”, ceea ce afectează în primul rând sateliții de pe orbite joase. Durata lor de viață se scurtează. La un moment dat, acest lucru s-a întâmplat cu stația americană Skylab, care a părăsit orbita înainte de termen. Aceeași soartă, așa cum am menționat deja, așteaptă satelitul SMM.
Ciclurile activității solare sunt cunoscute de mult timp, dar natura proceselor care provoacă aceste fenomene rămâne incomplet înțeleasă.
TELESCOP NOU
Muntele Mauna Kea (4170 m, Hawaii, SUA) va deveni în curând o Mecca astronomică. Pe lângă telescoapele deja existente la observatorul situat pe acest munte, sunt proiectate (și deja în construcție) telescoape optice noi, mai puternice.
Universitatea din California construiește un telescop de 10 metri, care urmează să fie finalizat și instalat în 1992. Acesta va consta din 36 de oglinzi conjugate hexagonale dispuse în trei inele concentrice. Senzorii electronici instalați la toate capetele segmentelor oglinzilor vor transmite date despre poziția și orientarea lor curentă unul față de celălalt către computer, care va emite comenzi către unitățile oglinzilor active. Ca urmare, continuitatea suprafeței compozite și a formei acesteia este asigurată sub influența mișcărilor mecanice și a sarcinilor vântului.
Pe același Mauna Kea în 1995, este planificată instalarea unui telescop de 7,5 metri dezvoltat de oamenii de știință japonezi. Acesta va fi situat la mai bine de o sută de metri de cel american. Acest „sparanghel” va fi cel mai puternic sistem optic-interferometric, care va face posibilă privirea la distanțe enorme, studierea quasarilor și descoperirea de noi stele și galaxii.
Patru telescoape separate (fiecare cu diametrul de 8 m), combinate prin fibră optică într-un singur plan focal, sunt propuse a fi construite la Observatorul de Sud (Chile) de către 8 țări vest-europene - coproprietari ai acestui observator. Construcția primei oglinzi (adică, primul telescop) este programată să fie finalizată până în 1994, iar restul de trei până în 2000.
CE VINE DE UNDE
După cum se știe, atmosfera marțiană are o concentrație destul de mare de dioxid de carbon. Acest gaz scapă în spațiu, așa că concentrația sa constantă trebuie menținută de o sursă.
Experții consideră că o astfel de sursă este scapolitul mineral, rar pe Pământ (pe planeta noastră este o piatră semiprețioasă care conține, pe lângă carbon, siliciu, oxigen, și sodiu, calciu, clor, sulf, hidrogen), care poate depozitează cantități mari de dioxid de carbon ca parte a structurii sale cristaline (carbonat). Există o mulțime de scapoliți pe Marte.
Deci, într-un ecosistem vedem interacțiunea unei comunități de viață formată din multe organisme cu factori de mediu caracteristici care acționează asupra acestei comunități. Ecosistemele sunt de obicei clasificate în funcție de cei mai importanți factori de mediu. Așadar, se vorbește despre ecosisteme marine, terestre sau terestre, de coastă sau litorale, lacustre sau limnice și așa mai departe. Cum este construit ecosistemul?
Acesta constă de obicei din patru elemente principale:
1. Mediu neviu (abiotic). Acestea sunt apa, mineralele, gazele, precum și materia organică nevie și humusul.
2. Producători (producători). Acestea includ ființe vii capabile să construiască substanțe organice din materiale anorganice din mediu. Această activitate este realizată în principal de plante verzi, care produc compuși organici din dioxid de carbon, apă și minerale folosind energia solară. Acest proces se numește fotosinteză. Eliberează oxigen (O2). Substanțele organice produse de plante sunt folosite ca hrană pentru animale și oameni, iar oxigenul este folosit pentru respirație.
3. Consumatorii (consumatorii). Ei folosesc produse vegetale. Organismele care se hrănesc numai cu plante sunt numite consumatori de ordinul întâi. Animalele care mănâncă doar (sau predominant) carne sunt numite consumatori de ordinul doi.
4. Reductori (distructori, descompunetori). Acest grup de organisme descompune rămășițele unor creaturi moarte, precum rămășițele de plante sau carcasele de animale, transformându-le înapoi în materii prime - apă, minerale, CO 2, care este potrivit pentru producători, care le transformă din nou în componente în substanțe organice.
Descompozitorii includ mulți viermi, larve de insecte și alte organisme mici din sol. Bacteriile, ciupercile și alte microorganisme care transformă materia vie în minerale se numesc mineralizatori.
Un ecosistem poate fi și artificial. Un exemplu de ecosistem artificial, extrem de simplificat și incomplet în comparație cu cele naturale, este o navă spațială. Pilotul său trebuie să trăiască mult timp în spațiul restrâns al navei, mulțumindu-se cu provizii limitate de hrană, oxigen și energie. În acest caz, este de dorit, dacă este posibil, recuperarea și reutilizarea rezervelor uzate de substanță și deșeuri. În acest scop, în nava spațială sunt prevăzute instalații speciale de regenerare, iar recent au fost efectuate experimente cu organisme vii (plante și animale), care ar trebui să participe la procesarea deșeurilor de astronauți folosind energia luminii solare.
Să comparăm ecosistemul artificial al unei nave spațiale cu unul natural, de exemplu, ecosistemul unui iaz. Observațiile arată că numărul de organisme din acest biotop rămâne - cu unele fluctuații sezoniere - practic constant. Un astfel de ecosistem se numește stabil. Echilibrul este menținut până când factorii externi se schimbă. Principalele sunt intrarea și ieșirea apei, furnizarea de diferiți nutrienți și radiația solară.
În ecosistemul iazului trăiesc diverse organisme. Deci, după crearea unui rezervor artificial, acesta este populat treptat de bacterii, plancton, apoi pești și plante superioare. Când dezvoltarea a atins un anumit vârf și influențele externe rămân neschimbate mult timp (afluxul de apă, substanțe, radiații, pe de o parte, și scurgerea sau evaporarea, îndepărtarea substanțelor și scurgerea energiei, pe de altă parte. ), ecosistemul iazului se stabilizează. Se stabilește un echilibru între ființele vii.
La fel ca un ecosistem artificial simplificat al unei nave spațiale, un ecosistem de iaz este capabil să se autosusțină. Creșterea nelimitată este împiedicată de interacțiunile dintre plantele producătoare, pe de o parte, și consumatorii și descompunetorii de animale și plante, pe de altă parte.
Consumatorii se pot reproduce doar atâta timp cât nu folosesc în exces aportul de nutrienți disponibili. Dacă se înmulțesc excesiv, numărul lor va înceta să crească singuri pentru că nu vor avea suficientă hrană. Producătorii, la rândul lor, necesită o aprovizionare constantă cu minerale. Reductorii sau destructorii descompun materia organică și, prin urmare, cresc aportul de minerale. Au pus din nou în circulație deșeurile. Și ciclul începe din nou: plantele (producătorii) absorb aceste minerale și, cu ajutorul energiei solare, produc din nou nutrienți bogati în energie din ele.
Natura funcționează extrem de economic. Biomasa creată de organisme (substanța corpului lor) și energia conținută în ea sunt transferate către restul membrilor ecosistemului: animalele mănâncă plante, alte animale le mănâncă pe primele, oamenii mănâncă atât plante, cât și animale. Acest proces se numește lanț alimentar. Exemple de lanțuri trofice: plante - ierbivor - prădător; cereale - șoarece de câmp - vulpe; plante alimentare - vaca - om. De regulă, fiecare specie se hrănește cu mai mult de o specie. Prin urmare, lanțurile trofice se împletesc pentru a forma o rețea trofica. Cu cât organismele sunt mai strâns legate prin rețele trofice și alte interacțiuni, cu atât comunitatea este mai rezistentă la posibile perturbări. Ecosistemele naturale, netulburate, luptă spre echilibru. Starea de echilibru se bazează pe interacțiunea factorilor de mediu biotici și abiotici.
Menținerea ciclurilor închise în ecosistemele naturale este posibilă datorită a doi factori: prezența descomponetoarelor (reductoare), care folosesc toate deșeurile și reziduurile, și furnizarea constantă de energie solară. În ecosistemele urbane și artificiale există puțini sau deloc descompozitori, iar deșeurile - lichide, solide și gazoase - se acumulează, poluând mediul. Este posibil să se promoveze descompunerea și reciclarea rapidă a unor astfel de deșeuri prin încurajarea dezvoltării descompozitorilor, de exemplu, prin compostare. Așa învață omul de la natură.
În ceea ce privește aportul de energie, ecosistemele naturale și antropice (fabricate de om) sunt similare. Atât ecosistemele naturale cât și cele artificiale - case, orașe, sisteme de transport - necesită o aprovizionare externă cu energie. Dar ecosistemele naturale primesc energie dintr-o sursă aproape eternă - Soarele, care, în plus, deși „produce” energie, nu poluează mediul. Omul, dimpotrivă, alimentează procesele de producție și consum în principal datorită surselor finale de energie - cărbunele și petrolul, care, împreună cu energia, produc praf, gaze, deșeuri termice și alte deșeuri nocive pentru mediu și care nu pot fi procesate în cadrul ecosistemului artificial însuși. Să nu uităm că, chiar și atunci când se consumă o astfel de energie „curată” precum electricitatea (dacă este produsă la o centrală termică), apar poluarea aerului și poluarea termică a mediului.
Subiect:„Omul și locul lui în natură.”
Goluri.
Educational:
- să continue munca sistematică pentru formarea unei imagini holistice elementare a lumii în rândul școlarilor mai mici;
- introducerea ecosistemelor artificiale ale orașelor și satelor ca locuri ale vieții umane (habitat);
- învățați să vedeți diferența dintre economiile oamenilor antici și ale oamenilor moderni, să înțelegeți specificul ecosistemelor artificiale;
- învață elevii să găsească contradicții între economia umană și natură și propun modalități de eliminare a acestora;
- pentru a forma un concept de economie de tip ecologic care se îmbină armonios cu natura.
Educational:
- dezvoltarea capacității de a cunoaște și înțelege lumea din jurul nostru, de a aplica în mod semnificativ cunoștințele dobândite pentru a rezolva probleme educaționale, cognitive și de viață;
- dezvolta vorbirea și gândirea logică;
Educatori:
- să cultivăm o atitudine grijulie față de natura din jurul nostru, utilizarea economică a resurselor naturale și o atitudine grijulie față de lume.
Tip de lecție: lectie de invatare a materialelor noi.
Tip de antrenament: problematic.
Etapele principale ale lecției:
- Introducerea de noi cunoștințe bazate pe experiența anterioară.
- Reproducerea noilor cunoștințe.
Echipament:
- înregistrări video pentru a demonstra ecosistemul orașului și al satului;
- pagina de lucru;
- diagrame de referință;
- ilustrații ale unei combinații rezonabile de civilizație și natură.
ÎN CURILE CURĂRILOR
I. Activarea cunoașterii și formularea problemei.
1. Băieți, astăzi avem prima lecție din ultima secțiune a manualului nostru și întregul nostru curs „Lumea și Omul”. Titlul acestei secțiuni este, în opinia mea, puțin neobișnuit. Ce îl face atât de neobișnuit?
Există o notă pe tablă: „Cum ar trebui să trăim?”
Se pare că această întrebare îi îngrijorează pe mulți oameni de pe planeta noastră, indiferent de țara în care trăiesc și de ce limbă comunică între ei. Dar principalul lucru este că acești oameni nu sunt indiferenți la soarta planetei noastre, casa noastră comună.
Sunt convins că tu și cu mine nu trebuie să stăm deoparte și să încercăm să căutăm răspunsul la această întrebare.
Știi ce e asta conferinţă? Și este posibil să ne numesc lecția „ lectie-conferinta”?
Dicţionar: “Conferinţă- o întâlnire, întâlnire a diverselor organizații, inclusiv cele educaționale, pentru a discuta unele probleme speciale.”
(Copiii citesc interpretarea cuvântului „conferință” pe pagina de lucru și discută întrebarea pusă).
Și acum propun, reflectând la întrebarea noastră specială „Cum facem Trăi?"Și " Omul și locul lui în natură”, amintiți-vă ce știm și am studiat.
2. Blitz – test „Testează-ți cunoștințele”:
- Munții Urali despart Europa și Asia;
- America a fost descoperită de Cristofor Columb;
- Volga, Ob, Yenisei, Lena, Amur sunt râurile țării noastre;
- Există și alte continente la sud de Antarctica;
- Dacă sunteți atent la utilizarea apei, a luminii, de ex. economisiți energie, atunci natura va fi conservată și oamenii vor trăi mai ușor;
- Deșertul Sahara este situat în America de Sud;
- Călătorii se vizitau unul pe altul din insulă în insulă pe jos;
- Colectarea plantelor comestibile și vânarea animalelor sălbatice este cea mai veche activitate umană;
- Un ecosistem este o comunitate de natură vie și neînsuflețită pe pământ în care toată lumea se simte ca acasă.
- Un sistem ecologic este o celulă a învelișului viu al Pământului.
(Copiii ascultă aceste afirmații și pun „+” în tabelul de pe pagina de lucru dacă sunt de acord cu afirmația și „-” dacă nu sunt de acord cu afirmația. După finalizarea sarcinii, profesorul agăță o listă de verificare pe tablă, iar elevii efectuează automonitorizarea și autoverificarea sarcinii finalizate.).
3. Rezolvarea cuvintelor încrucișate în perechi.
- Om de știință care studiază ecosistemele.
- Organisme vii care mănâncă alte organisme.
- Cei mai mici „scavengers”.
- Organisme cu care „mâncătorii” se hrănesc.
4. Dialogul problemei.
Da, aceștia sunt prietenii noștri Lena și Misha. Să-i ascultăm...
Lena: Omul, dezvoltând știința și tehnologia, încalcă ecosistemele naturale. Deci poate trăi fără ele?
Misha: Nu, Lena, te înșeli. O persoană, ca orice alt organism, are nevoie de alți membri ai ecosistemului său, deoarece trebuie să respire, să mănânce și să participe la ciclul substanțelor.
Și din nou, pentru a treia oară, auzim același cuvânt. Câți dintre voi i-ați acordat atenție? Într-adevăr, acesta este cuvântul „Ecosistem”. (Postat pe tablă).
Ce este un ecosistem?
(Copiii consultă dicționarul de pe pagina de lucru și dau definiții diferite.)
Ce tipuri de ecosisteme există?
– Natural– naturale;
– artificială sunt ecosisteme create de mâna omului.
Dați un exemplu de ecosisteme naturale; ecosisteme artificiale.
5. Enunțarea problemei.
Copii, ce credeți, în care dintre ecosistemele pe care le-ați enumerat există un loc pentru oameni, pentru voi și pentru mine?
II. Descoperirea în colaborare a cunoștințelor.
1. Să luăm în considerare la conferința noastră problemele pe care trebuie să le studiem și să le discutăm:
- gospodării de două persoane;
- unde locuiește o persoană;
- modul în care realizările științei și tehnologiei afectează viața oamenilor, cum sunt utile, de ce sunt dăunătoare și ce pericole se ascunde în utilizarea lor.
2. Cunoașterea independentă a două tipuri de economie umană din paginile unui manual.
3. Lucru colectiv cu clasa prin conversație de rezolvare a problemelor în vederea sistematizării cunoștințelor dobândite:
- Ce făceau oamenii din vechime?
- S-au diferit de animalele sălbatice prin modul în care au obținut hrană?
- Dacă și-au însușit resurse naturale gata făcute, atunci cum s-ar putea numi ferma lor? Formează un cuvânt din verbul „a însuși” care să răspundă la întrebarea ce fel de fermă? (Apropiindu-se).
- De ce au învățat oamenii mai târziu să crească animale domestice și plante cultivate?
- Unde au început oamenii să trăiască?
- Care a devenit ocupația lor principală?
- Dacă oamenii au început să producă alimente și alte produse necesare vieții, atunci cum se poate numi economia lor? Formați un cuvânt din verbul „a produce” care să răspundă la întrebarea ce tip de fermă? (produce)
4. Demonstrarea a două piramide ecologice:
- Care dintre ele simbolizează economia însușitoare și care economia producătoare?
- Care dintre ele poate fi corelată cu un ecosistem natural și care cu un ecosistem artificial?
- Cum ai numi acest ecosistem?
(Ecosistemul unui câmp, grădină, curte, păsări de curte, fermă de animale - ecosistem agricol)
Acesta este primul ecosistem artificial creat de oameni. Aici locuiesc țărani angajați în muncă agricolă.
Al doilea ecosistem artificial creat de oameni pentru propria lor viață este ecosistemul orașului.
Dacă câmpurile, grădinile și curțile de fermă seamănă cu ecosistemele naturale, atunci orașul este izbitor prin inconsecvența sa cu mediul natural. În loc de foșnetul frunzelor și cântecul păsărilor, în oraș se aude zgomotul motoarelor, scârțâitul frânei, bătăitul roților de tramvai pe șine. Pe câmpie, munți de piatră se ridică din clădiri cu mai multe etaje. Din păcate, în oraș există puține plante verzi. Tocmai din cauza lipsei sau absenței de verdeață oamenii – locuitorii orașului în weekend încearcă să părăsească orașul la țară, la pădure, să respire aer curat, să ia o pauză de la zgomotele orașului. Uneori oamenii cred că omul modern este aproape independent de natură. Aceasta este o concepție greșită foarte periculoasă.
Tine minte! Omul din trecut, prezent și viitor este legat de natură prin multe fire invizibile. Ai grija de ea!
Dar, în ciuda tuturor, orașul este un ecosistem pe care oamenii l-au creat pentru a trăi în el.
5. Finalizați sarcina 2 de la pagina 59.
- Ce oportunități au câștigat oamenii creând ecosisteme artificiale?
- Care este relația dintre ecosistemele naturale și cele artificiale? De ce?
- Ce este puterea omului?
- A fost întotdeauna benefic acest lucru oamenilor și mediului?
- Este ciclul în natură închis sau nu?
- Ce se întâmplă sub influența managementului uman? (Poluarea mediului, dispariția plantelor și animalelor, reducerea fertilității solului, lipsa de combustibil etc.)
6. Finalizați sarcina 3 de la pagina 59.
- Care sunt consecințele utilizării de către o persoană a puterii pe care o deține?
- La ce duce asta?
- Ce trebuie reparat?
- Dacă ciclul devine închis, atunci acest tip de economie poate fi numit... (ecologic).
- Ce să fac? Putem ajuta?
Să revenim la concept „ecosistem”.
(Definiția este postată pe tablă)
Ecosistem- aceasta este o astfel de interconexiune (commonwealth) a naturii vie și neînsuflețite, în care toți locuitorii ei se simt ca acasă.
7. Lucrați la cuvintele cheie:
- Commonwealth
- Natura vie
- Natura neînsuflețită
- Toate? Cine sunt toți?
- Cum esti acasa?
III. Atelier de aplicare și utilizare independentă a cunoștințelor dobândite.
- Răspunsuri la întrebări de la pagina 59.
- Efectuați 2-3 sarcini opționale (1, 4, 5, 7, 8).
- Completați tabelul de pe pagina de lucru. Calculează-ți punctele și vei afla cât de bine ai grijă de natura în ecosistemul orașului.
| 1 | ||
| 1 | ||
| 1 | ||
| 1 | ||
| Am hrănit păsările toată iarna. | 2 | |
| Nu deranjez păsările de la cuib. | 1 | |
| Am făcut o casă rezidențială de cuibărit pentru păsări. | 3 | |
| 1 | ||
| Am plantat un copac. | 5 |
13–16 puncte - ești un om grozav, un conservator. Toată lumea vă poate urma exemplul.
9–12 puncte – știi să fii prieten cu natura.
Mai puțin de 9 puncte - ai la ce să te gândești. Încearcă să fii mai atent la natura din jurul tău.
IV. Rezumând lecția - conferință.
- Schimb de opinii cu privire la îndeplinirea sarcinilor;
- Ce nou ai învățat la lecție?
- De ce este puterea umană o mare amenințare pentru întreaga lume din jurul nostru?
O persoană are două căi. Primul este ca toți oamenii să zboare împreună în spațiu și să se stabilească pe alte planete. Dar dacă acest lucru devine posibil, nu va fi foarte curând, poate peste sute și sute de ani.
A doua cale este să vă adaptați la natură, să învățați să nu o distrugeți, să nu perturbați o economie stabilită și să încercați să începeți să restaurați ceea ce a fost distrus și deteriorat. Și tratați natura actuală cu grijă, protejând ceea ce rămâne. Poate că această cale este singura posibilă.
V. Tema pentru acasă.
Lecția nr. 12, sarcina 6.
ANEXA 1
PAGINA DE LUCRU
Elevi)______________________________
TEMA: „Cum ar trebui să trăim?Omul și locul lui în natură.”
Plan.
- Fermele a doi oameni.
- Unde locuiește o persoană?
- Cum ar trebui să trăim?
Exercitiul 1. Blitz - test.
Sarcina 2. Cuvinte încrucișate.
- Om de știință care studiază ecosistemele.
- Organisme vii care mănâncă alte organisme (plante și animale).
- Un gaz necesar pentru respirație de către toate organismele vii.
- Ce primește ecosistemul din spațiu?
- Cei mai mici „scavengers”.
- Organisme care procesează deșeurile și resturile de organisme vii.
- Organul unei plante în care are loc transformarea substanțelor neînsuflețite în material organic pentru toate organismele.
- Fertilizarea pentru a crește randamentul plantelor.
- Organisme cu care mâncătorii se hrănesc.
- Stratul superior fertil al solului din care planta primește apă și substanțe nutritive.
Sarcina 3. Descoperirea de noi concepte.
1.____________________
2.____________________
3.____________________
4.____________________
5.____________________
6.____________________
7.____________________
8.____________?_______
Sarcina 4. Tabel - test.
| Lucruri utile | Semn de finalizare | Puncte |
| Opresc lumina când ies din cameră. | 1 | |
| Închid robinetul când ies din baie. | 1 | |
| Încerc să nu culeg flori în pădure și parc. | 1 | |
| Nu sparg copacii pentru un foc, ci iau lemne moarte. | 1 | |
| Am hrănit păsările toată iarna. | 2 | |
| Nu deranjez păsările de la cuib. | 1 | |
| Am făcut o casă de cuibărit pentru păsări. | 3 | |
| Am grijă de plante și animale de casă. | 1 | |
| Am plantat un copac. | 5 |
ANEXA 2
DICŢIONAR.
CONFERINȚA - o întâlnire a diferitelor organizații, inclusiv organizații educaționale, pentru a discuta unele probleme speciale.
ECOSISTEMUL– organisme vii care trăiesc împreună și acea bucată de pământ pe care se simt ca acasă.
ECOSISTEMUL- o mică parte a biosferei. În acest sistem puteți găsi multe elemente ale biosferei: aer, sol, apă, roci.
ECOSISTEMUL– unitatea naturii vii și neînsuflețite, în care organismele vii de diferite profesii sunt capabile să mențină în comun circulația substanțelor.
ECOSISTEM – este o comunitate de organisme vii în unitate cu locul în care trăiesc.
ECOSISTEM – Aceasta este o astfel de relație între natura vie și cea neînsuflețită, în care toți locuitorii se simt ca acasă.
