Рефорат Биологические системы, способы их применения и значение на земле и в космосе
Страница 2 из 2
Константин Эдуардович Циолковский высказал идею, основанную на реальных данных биологии и смежных наук о создании на борту космического корабля искусственного микромира – космической оранжереи, в которой совершался круговорот веществ подобно тому, как это имеет место в естественных условиях на Земле: «Люди будут поедать плоды, а растения будут очищать воздух и производить плоды. Человек будет возвращать в полной мере то, что он «похитил» от растений: в виде удобрений для почвы и воздуха» – писал К. Э. Циолковский. Космический корабль должен быть кусочком – искусственной планетой, на которой все необходимое для жизни людей поставляют высшие растения.
Космическая биология – отрасль биологии, изучающая воздействие различных факторов космического пространства на живые организмы. В задачи космической биологии входит разработка методов биологических исследований и средств обеспечения жизнедеятельности земных организмов в условиях космического полета (экология искусственной биологической системы). Первые данные о влиянии условий космического полета на живые организмы прежде всего кратковременной (5-10 минут) невесомости, были получены в эксперимента, проведенных в СССР в конце 40-50-х годов прошлого века на ракетах, запушенных на высоту 110-450 км. Систематические исследования советских ученых в области космической биологии начались в 1957 году с полета собаки «Лайки» на втором искусственном спутнике Земли, а затем на кораблях-спутниках с возвращение животных на Землю. Эти эксперименты позволили оценить влияние условий космического полета на живые организмы, а также испытать и отработать системы жизнеобеспечения в кабине космического корабля, привели к выводу, что полет человека в космос возможен.
В космическом полете на организм действуют различные неблагоприятные факторы, они могут быть связаны с физическим состоянием космического пространства (высокая разреженность среды и ионизирующая радиация, препятствующие пребыванию в открытом космосе без защитного костюма и др.), с особенностями летательного аппарата (шум, вибрация, ускорение, невесомость) и с условиями жизни в кабине искусственного корабля (искусственная атмосфера, ограничение движения, эмоциональное напряжение и т. д.). Поэтому, важнейшее направление в космической биологии – исследование воздействий этих факторов на живые организмы, как в отдельности, так и в их совокупности. Эти исследования проводят на Земле путем моделирования различных факторов и условий, а также в реальных условиях космического полета.
Особое место в разработке межпланетных полетов занимает жизнеобеспечение экспедиций. Сейчас космонавты все, что им нужно берут с Земли (лишь частично регенерируется атмосфера, в некоторых полетах проводили экспериментальную регенерацию воды). Но на три года запасов с собой не возьмешь. На межпланетном корабле предстоит создать замкнутую биоэкологическую систему наподобие земной (растения, животные, человек), но в миниатюре, которая будет снабжать экипаж корабля всем необходимым и утилизировать отходы жизнедеятельности. По существу речь идет о конкуренции с природой: то, что природа создавала многие миллионы лет на всей планете, люди пытаются воспроизвести в лаборатории на моделях, чтобы потом перенести в космический корабль.
Нужны ли такие планетарные и межпланетные станции? Сколько это будет стоить? По силам ли это отдельной стране? Работники космоса утверждают, что полеты, скажем к Марсу или Венере, исследование этих планет, очень затруднены для отдельной страны, ведь это очень дорого стоит. Наверняка экспедиции состоятся, но международные экспедиции: и техника, и люди будут представлять все континенты Земли. Хочется видеть этот процесс четко продуманным, спланированным, тогда будет очень мало тех неожиданностей, которые часто встречались в прошлом при освоении новых земель. Вероятно люди сумеют спрогнозировать обстановку и весь вероятный процесс разведки неизведанного с очень большой степенью точности.
Человечество стремится освоить космос, в конечном итоге, для улучшения жизни людей на Земле, а, может быть, и для ухода части человечества на другие планеты (Марс, Венеру), межпланетные станции. Однако и на Земле еще есть очень много неосвоенных пространств, которые при значительно меньших затратах труда и средств могут дать человечеству и необходимое питание, и нужные ископаемые, и источники энергии… На нашей планете громадные площади заняты пустынями, скалистыми высокогорьями, морскими мелководьями – вот места дальнейшего развития плантаций в закрытом грунте. Уже проведены опыты по выращиванию грибов и овощей в пустых выработках старых шахт.
В 1966-1979гг. были проведены комплексные эксперименты продолжительностью от 18 до 22 суток на биоспутнике «Космос» с 37 биологическими объектами (главным образом, белыми крысами). Изучили влияние так называемой «чистой невесомости» (главным образом, структурные изменения в мышечной, кровеносной, пищеварительной и других системах организма, функционирование которых связано с воздействием земной силы тяжести), а также комбинированное влияние невесомости и радиации. Было показано развитие неблагоприятных изменений, возникающих в организме под влияние невесомости. Изучены также отдаленные последствия действия факторов космического полета (например продолжительность жизни животных, побывавших в космосе оказалась не меньше, чем контрольных). Полученные результаты пополнили знания о механизмах адаптации живых организмов к невесомости, о роли гравитации в существовании фундаментальных биологических процессов – клеточного деления, передачи наследственной информации, роста и развития организмов. Был осуществлен также полный цикл развития растений в условиях невесомости. Эти данные позволили обосновать рекомендации по медико-биологическому обеспечению длительности пилотируемых космических полетов и прогнозировать дальнейшее увеличение их продолжительности.
Микробиосистемы в квартире.
Сад в бутылке.
На дно бутылки насыпают надежный (около 5 см) слой камней или керамзита, а затем слой древесного угля. Делают это аккуратно через листок бумаги, свернутый кульком. Следом засыпают толстый слой почвенной смеси с высоким содержанием песка и приминают её ватным тампоном, намотанным на длинную палочку.
Затем высаживают растения, а почву вокруг них слегка утрамбовывают тампоном. Когда все растения будут высажены, бутылочный сад следует полить. Делают это с помощью лейки с длинным носиком; воду вливают тонкой струйкой по стенкам сосуда. Если на стекле остались следы пыли, то такой полив смоет её.
Последнее, что нужно сделать – это плотно закупорить бутылку пробкой. В том случае, если на стенках появились капли конденсата, пробку вынимают и вставляют обратно после испарения лишней влаги.
Удобством такого сада является не только создание оптимальных условий для выращивания капризных и нежных растений. Помимо этого данный декоративный элемент комнаты не требует никакого ухода. Его не нужно поливать, т. к. внутри бутылки происходит естественный круговорот воды, растения в нем не запыляются и получают все необходимое для жизни.
Сад в аквариуме.
В отличие от бутылочного создать аквариумный сад гораздо легче. Для его изготовления прежде всего необходимо обзавестись аквариумом или емкостью с дверкой (террариум).
Приступая к оформлению садика следует помнить, что кактусы и другие суккуленты следи лиственных растений потеряются и лишь испортят общее впечатление. Вместо этого можно создать аквариумный сад, состоящий из суккулентных растений. К составлению композиций следует подойти со всей серьезность.
Аквариумный сад не требует особого ухода, растения в нем могут развиваться не один год. Поэтому при подборе культур нужно учесть будущий вид подросших растений. Нет никакой необходимости высаживать в аквариум те цветы, которые и в комнатных условиях растут нормально. Предпочтение лучше всего отдать нежным, требовательным растениям, таким как адиантум, кала-диум, рео, пефролепис и т. д.
Разбавить зеленую массу декоративно-лиственных растений можно с помощью небольших красивых цветков цимбидиума, катарантуса, клематиса или иксоры. Следует помнить о том, что многие культуры сильно разрастаются, поэтому высаживать их необходимо с учетом будущего размера.
3. Результаты изучения.
3.1. Биологическая система с кактусами – модель космической станции.
Как долго могут просуществовать различные растения в бутылке, колбе, закрытом прозрачном ящике с почвой? Вначале естественно, что сильно и быстро растущие растения быстро займут весь объем такой модели, израсходуют доступные питательные вещества из почвы и их рост быстро остановится. В противоположность таким растениям, медленно растущие смогут существовать внутри такой модели значительно дольше. Выбор останавливается на группе растений-суккулентов, обладающих медленным обменом веществ, медленным ростом, малым расходом воды, высокой стойкостью к перегреву.
Как показал опыт создания первой такой биосистемы модель «Марс-1» одиннадцать лет просуществовала на кафедре ботаники и физиологии растений Крымского СХИ (КГАТУ) – выбор кактусов (из группы растений-суккулентов) оказался правильным.
Я по этому примеру сделал тоже такую модель биологической системы «Марс-2». Растения в эту систему я выбрал из группы суккулентов, и считаю, что этот выбор оказался правильным. Простейшая модель биологической системы – межпланетной или планетарной станции – это замкнутое, герметически закрытое пространство с прозрачной оболочкой, например бутылка с почвой и растениями в ней.
3.2. Круговорот веществ в биосистеме.
Растения в изолированном пространстве (где есть все необходимые факторы для жизни), живут как в обычной среде так же, как на нашей планете, ведь наша планета – это маленькая биологическая система, находящаяся в космосе. Наша планета не получает из космоса почти ничего для поддержания жизни, кроме солнечного света, метеоритов, различных излучений, радиации и т. д. Как и в изолированной системе, в нее проникает только солнечный свет. А поддерживается жизнь на Земле только за счет её ресурсов. Так и в изолированном пространстве растения живут только за счет их внутренних ресурсов. В местах своего обитания растения регулируют круговорот веществ (например, удерживают воду в почве, испаряя избыток в атмосферу; регулируют процентное содержание CO2 в атмосфере – его концентрация в лесу не превышает 0,033 % и т. д.). Круговорот веществ в биосистеме, необходимый для поддержания жизни, осуществляется примерно как на нашей планете (см. схемы 1,2,3,4).
Выводы
Модели биологических систем бывают разные – от бутылок с почвой и растениями до космических станций.
Космические станции очень важны для всего человечества, так как космические станции с биологическими системами помогут намного быстрее достичь Марса, Венеры и других планет, обеспечивая членам экипажа кислород и продукты питания.
Также модели биологических систем разрешать проблему голода на Земле тем, что займут пустыни, высокогорья, выработки старых шахт очень полезными теплицами.
Приложения.
Список использованных источников.
1. Биологический энциклопедический словарь, изд. «Советская энциклопедия», 1989г;
2. Журнал «Наука и жизнь», изд. «Правда», 1977г., № 11;
3. Журнал «Техника – молодежи», изд. «Молодая гвардия», 1980г., выпуск 4;
4. Журнал «Техника – молодежи», изд. «Молодая гвардия», 1981г., выпуск 5;
5. Журнал «Техника – молодежи», изд. «Молодая гвардия», 1984г., выпуск 6;
6. «Комнатные растения от А до Я», «Русский хесайон», Бердникова О, В., Москва, изд. «Олма-пресс Гранд», 2003г.;
7. «Краткий медико-биологический словарь», Тимченко А. Д., изд. «Высшая школа», 1998г.;
8. Энциклопедический словарь юного натуралиста, изд. «Педагогика», 1981г.
