Libmonster ID: UA-2115

Евгения СИДОРОВА, журналист

Работы по созданию биологических систем жизнеобеспечения человека в экстремальных условиях начали в нашей стране в середине XX в. А за последние два десятилетия усилия ученых сосредоточились на исследовании их отдельных звеньев в условиях космического полета. Например, высших растений, возделывание которых в специальных оранжереях не только приносит "живые" витамины, но и способствует улучшению микроклимата на станции, помогает психологической разрядке людей. Интерес к использованию различных биосферных механизмов для обеспечения жизни на космических станциях проявляют и иностранные ученые. По мнению российских специалистов, прогресса в этой сфере сегодня можно достигнуть только в рамках международного сотрудничества.

стр. 12


Если вчера полет человека на Марс казался фантастикой, то сегодня ученые начали подготовку к этой экспедиции. Так, в Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН намерены проанализировать особенности психологического и физиологического состояния людей в ходе эксперимента, имитирующего длительное путешествие. Для этого экипаж из 5 - 6 человек будет помешен на 1,5 года в герметичную камеру объемом 200 м, оснащенную как орбитальная станция.

На современном космическом корабле или станции, работающей на околоземной орбите, жизнеобеспечение крайне редуцировано: люди живут в ограниченном объеме, где снабжение кислородом осуществляется за счет его запасов или электролиза воды в специальном аппарате, а удаление углекислоты и вредных примесей происходит в системах поглощения. Запасы пищи и воды для космонавтов регулярно возобновляют при помощи грузовых кораблей. Что вполне эффективно. Но подмечено: люди в от-

стр. 13


сутствии гравитации, в замкнутом пространстве, наполненном механизмами, создающими повышенный шумовой фон, неизбежно испытывают определенный стресс. И тогда прекрасным отдыхом становятся занятия с оранжереей. Это отмечают все, кто участвовал в экспериментах с растениями на борту орбитальной станции "Мир" и Международной космической станции (МКС), а также испытатели в длительных наземных опытах.

В 1995 г. во время эксперимента "ЭКО-ПСИ", проходившем в ИМБП, экипаж из трех человек на протяжении трех месяцев жил в герметичной камере, и там же находилась оранжерея с пшеницей. У всех испытателей наблюдалась большая увлеченность работой с растениями. Отвечая на вопросы специальной анкеты, командир группы отметил, что занятия с оранжереей были точкой соприкосновения интересов различных по характеру людей. Он назвал этот опыт одним из наиболее значимых в программе "ЭКО-ПСИ", "при работе с которым в полной мере ощущаешь свою активность, получаешь моральное удовлетворение от сделанного тобою. Очень важен фактор наблюдаемости результатов своего труда!". Другой член экипажа написал: "вырастить урожай стало для нас пожалуй, главной целью". Кроме того, командир отметил благотворное влияние занятий с растениями на эмоциональное состояние: "это - частичка живой природы, которая согревала душу, радовала глаз, создавала хорошее настроение, психологически разгружала...".

Правда, на протяжении последних 45 лет космические путешествия в основном совершали без оранжерей. Однако тогда речь шла о непродолжительных полетах на околоземной орбите. Подготовка же к Марсу заставляет пересмотреть многие каноны. Например, не следует забывать, что возможности возобновлять запасы на межпланетном корабле будут утрачены. Между тем в растениях содержатся витамины (прежде всего С и А), и очень полезно добавлять в пищу свежую растительную клетчатку - в кишечнике она создает конгломераты, помогающие выводить токсины из организма.

Изучение использования растений для жизнеобеспечения человека в космических аппаратах начали

стр. 14


в 50-х гг. XX в. в Советском Союзе. Тогда специалисты пытались решить глобальную задачу по созданию комплексных систем, в которых биологические механизмы играли бы решающую роль. Принцип их работы еще в 1918 г. сформулировал Константин Циолковский, впервые обосновавший возможность применения ракет для межпланетных сообщений: "Как земная атмосфера очищается растениями при помощи Солнца, так может возобновляться и наша искусственная атмосфера. Как на Земле растения своими листьями и корнями поглощают нечистоты и дают взамен пищу, так могут непрерывно работать для нас и захваченные нами в путешествие растения". В качестве автотрофного звена подобных биосистем современные ученые выбирали одноклеточные водоросли или высшие растения. А антагонистом выступали гетеротрофы - рыбы, птицы и, наконец, человек. Поначалу требовалось научиться культивировать эти организмы в искусственных условиях с максимальной продуктивностью. Многочисленные опыты с водорослями провели специалисты ИМБП и Института физиологии растений им. И. П. Павлова АН СССР (ныне РАН). Высшими растениями занимались сотрудники Института биофизики СО РАН, создавшие хорошую научную и техническую базу (в настоящее время ее модернизируют).

По свидетельству руководителя лаборатории биологических систем жизнеобеспечения ИМБП. доктора биологических наук Владимира Сычева, все эти организации добивались успеха при испытаниях различных систем "Человек - растения": "У нас в основном проводили опыты с одноклеточными водорослями, а в Институте биофизики - с высшими. Методические основы, принципы создания биосистемы жизнеобеспечения (БСЖО) были разработаны в нашей стране, показано многообразие ее функций и доказано, что человек может существовать в ней длительное время. Дальнейшие разработки БСЖО предстояло вести под конкретные объекты с определенными габаритами, энерговооруженностью, количеством пребывающих людей, заданной длительностью их изоляции. К такой работе мы были готовы, но государственный заказ не поступил. Поэтому экспе-

стр. 15


рименты по биосистемам жизнеобеспечения в 1983 г. завершились".

Принцип очистки атмосферы в современной космической станции основан на адсорбции газов специальными материалами, не способными задерживать низкомолекулярные углеводороды. Следовательно, нужны иные системы очистки воздуха - и эта проблема пока не решена. Вот почему, по мнению сотрудников ИМБП, в преддверие подготовки к длительным межпланетным полетам хорошо бы вспомнить об упомянутых выше опытах с водорослями, неоднократно проводимыми здесь в научно-экспериментальном корпусе с участием человека.

Тогда испытатель жил в камере объемом 5м, получая стандартный рацион питания. Воду, которую он пил, регенерировали водоросли из конденсата мочи. "Водоросли не только снабжали человека кислородом, полностью регенерировали воду, но и очищали атмосферу от большинства вредных примесей и условно патогенных микроорганизмов", - говорит ведущий научный сотрудник ИМБП. доктор биологических наук Маргарита Ленинских. Модель подобного реактора для регенерации воды и воздуха, к сожалению, так и не испытана в космосе. Одна из причин состоит в том, что установка требует довольно больших энергетических затрат, а нужно дополнительное изучение проблемы разделения жидкости и газа в условиях невесомости. Однако это не означает, что пора окончательно прекратить поиск возможностей реализации так называемого "водорослевого реактора" на борту обитаемых космических объектов. Например, в США сегодня такие изыскания возобновляют.

Отечественные ученые и в космосе осуществляли успешные испытания с теми же водорослями в качестве гетеротрофной культуры, содержавшейся без света и получавшей питание из среды с добавлением крахмала и глюкозы. Проводили также опыты с водорослями как элементом автотрофной культуры. Особенно показателен эксперимент "Аквариум", проведенный в 1987 и 1989 гг. на биоспутниках. Водоросли помещали в освещенный герметичный 3-литровый аквариум с шестью рыбками - самками гуппи. Две трети объема заполняли водой, над ее по-

стр. 16


верхностью присутствовал воздух (1 л). На протяжении 18-ти суток (14 из них - в состоянии невесомости) особи дышали в этой полностью замкнутой системе только за счет кислорода, выделяемого водорослями. Разумеется, заранее было рассчитано, сколько их потребуется, чтобы обеспечить кислородом этих рыбок, выдыхающих определенный объем углекислого газа. Кроме того, ввели лимитирующий фактор для ограничения роста водорослей.

Однако более счастливая судьба оказалась у космических оранжерей. В первые годы внеземных полетов многие ученые считали: высшие растения вряд ли смогут существовать и развиваться нормально в таких условиях. И первые результаты соответствующих проверок как бы подтверждали данное предположение. Хотя, увы, серьезные комплексные работы в то время не проводили. Да и аппаратура была крайне несовершенной.

Если в первых опытах с высшими растениями требовалось определить, могут ли они развиваться в отсутствии гравитации, то в дальнейшем встали более сложные задачи - исследовать возможность участия некоторых из них в биологических системах жизнеобеспечения, обеспечить их высокую продуктивность, изучить влияние космических условий на генетические особенности. Лишь внедрение в 1996 г. первой нашей автоматической оранжереи "Свет" на борту орбитальной станции "Мир" позволило получить достоверные результаты. В период с 1996 по 1999 г. было доказано: основные биологические характеристики растений в цикле развития от семени до семени не претерпевают изменений в условиях невесомости. "Возделывали" пшеницу, листовые овощные культуры, а также редис. Космонавты собирали их на определенной стадии развития, фиксировали в специальных растворах, и затем на Земле биологи изучали анатомию и морфологию отобранного материала.

В рамках этой работы сотрудники лаборатории биологических систем жизнеобеспечения ИМБП провели четыре эксперимента по выращиванию пшеницы от посева до получения урожая. "Первые опыты очень нас озадачили - около 300 колосьев и ни одного зерна!" - рассказывает Маргарита Левинских.

стр. 17


стр. 18


Объяснение вскоре было найдено: полученные стерильные растения пшеницы имели укороченный стебель и повышенное ветвление. Такие изменения в морфологии, скорее всего, вызваны воздействием этилена - мощного фитогормона. Он управляет практически всеми физиологическими процессами растения. А ведь этилен на космической станции выделяют синтетические материалы, человек при дыхании, а также грибы, росту которых способствует повышенная влажность в герметичном объеме. Отметим, предельно допустимая концентрация этого газа для человека достаточно высока, поэтому постоянно контролировать его содержание в атмосфере станции не было необходимости.

Предположение о воздействии на растения пшеницы избыточного количества именно экзогенного этилена подтвердилось, когда американские специалисты, участвовавшие в опытах, отобрали пробы воздуха в большие емкости, которые переправили на Землю и проанализировали. И для следующих экспериментов взяли сорт карликовой пшеницы "Апогей", устойчивый к воздействию этилена.

Если оценить потребность людей в углеводах, жирах и белках растительного происхождения и подсчитать, из каких фруктов, овощей, круп рациональнее всего их получать в условиях космического полета, то из всего набора известных растений можно выбрать несколько видов, оптимально соответствующих этой задаче. Сейчас известно: возделывая лишь восемь из них на площади 20 м2 , человек может полноценно питаться, но в этом наборе непременно нужна пшеница.

Для растений очень важно, в чем развивается их корневая система, и субстрат подбирали долго. Ведь в космическую оранжерею нельзя поместить натуральную почву хотя бы потому, что она содержит огромное количество микроорганизмов, в том числе условно-патогенных. А в данном случае субстрат должен быть стерильным и иметь пористые частицы, способные удерживать капиллярную воду. Испытывали ионообменные смолы, цеолиты, волокнистые, тканевые материалы, однако остановились на гранулированном субстрате с торговым названием "тур-фейс". Это - арцелит (обожженная глина) с размерами частиц не более 3 мм. Для создания в прикорне-

стр. 19


вой зоне питательного раствора добавляют таблетированное удобрение "осмокот", поливают автоматически с помощью специальной системы.

В полностью автоматизированной оранжерее "Лада" (начиная с 2002 г. ее используют для экспериментов на МКС) показатели температуры, влажности корнеобитаемого слоя, содержания в нем кислорода, движения питательного раствора и прочие характеристики непрерывно контролируют размешенные в субстрате датчики, и обрабатывает компьютер. Вода каждый раз подается насосом строго в тех дозах, которые необходимы растениям согласно показаниям датчиков - иначе в корневом модуле (емкости, куда высаживают растения) начнется переувлажнение, пагубное для растений. Освещение в оранжерее создают люминесцентные лампы. Правда, при повреждении они выделяют пары ртути, опасные для людей. Вот почему в качестве альтернативы рассматриваются светодиоды, обладающие монохроматическим светом. Испытания проводит ведущий научный сотрудник лаборатории биологических систем жизнеобеспечения человека ИМБП, кандидат технических наук Игорь Подольский.

В современных космических исследованиях российские ученые стремятся научиться выращивать растения так, чтобы они были частью той среды, в которой обитает человек, так как это позволит улучшить микроклимат на орбитальной станции. Температура в корневом модуле оранжереи та же, что и в помещении станции. Можно запрограммировать фотографическую съемку растений каждые 20 мин. У космонавтов работа с оранжереей занимает не более 5 мин вдень. Зато любоваться развитием жизни можно в любое время.

На МКС к настоящему моменту проведено 8 экспериментов. В основном выращивали генетически маркированные линии гороха. Специалисты установили: характеристики роста и развития этого растения в течение полного цикла онтогенеза ("от семени до семени") не изменяются по сравнению с наземным контрольным вариантом. Кроме того, оказалось, что горох при культивировании четырех последовательных поколений в условиях космического полета сохраняет репродуктивные функции и формирует при этом жизнеспособные семена. Для генетического анализа растений, выращенных из "космических" и "земных" семян первого-четвертого последовательных поколений, прибегали к методу учета хромосомных аберраций, а также методу молекулярных маркеров (Random Amplified Polymorphic DNA). Работы проводили на кафедре генетики и селекции биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. В результате в обоих вариантах полиморфизм у растений не выявили. Это позволило предположить, что их генетический аппарат не претерпевает изменений при выращивании нескольких последовательных генераций в условиях космического полета.

На МКС развернут постоянный микробиологический контроль. "По результатам двух экспедиций, в ходе которых был проанализирован качественный и количественный состав микрофлоры с листьев растений из оранжереи, можно утверждать, - говорит Маргарита Левинских, - что она такая же, что и во всей среде станции, и не может вызвать патогенные изменения у человека. Когда соберется большой массив данных по микробиологии, мы сможем сравнить полученные показатели с действующими гигиеническими нормативами".

Возможно, возникнет необходимость помыть выращенные зелень и овощи. Но тут испытатели столкнутся с некоторыми техническими сложностями: в условиях полета нанести воду на поверхность проще, чем потом ее удалить. Пока же космонавты и на "Мире", и на МКС дегустировали немытую зелень и пришли от нее в восторг.

Словом, ныне ученым удалось доказать, что при длительных полетах растения могут стать частью системы жизнеобеспечения экипажа, улучшить среду его обитания.

Так, в нашей стране соответствующие исследования, начиная с 70-х годов XX в. и по настоящее время, ведут специалисты из разных институтов и университетов. Многое сделано и в рамках международного сотрудничества (программы "Интеркосмос" и "Мир-НАСА", договоры о научно-техническом сотрудничестве, гранты). Например, совместно с чешскими учеными на борту орбитальной станции "Салют" проведены опыты с одноклеточными водорослями. В сотрудничестве с болгарскими учеными была создана оранжерея "Свет", используя которую исследования проводили ученые из США и Европы на борту орбитального комплекса "Мир". Совместно с американскими специалистами Лаборатории космической динамики Университета штата Юта создана оранжерея "Лада" для российского сегмента МКС. И совершенно справедливо считает Владимир Сычев: "Космические исследования должны проводиться в рамках широкой кооперации ученых как внутри страны, так и за рубежом. Такие эксперименты дороги и уникальны, и только при широкой кооперации можно получить максимальную научную отдачу".


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/С-места-событий-ОРАНЖЕРЕИ-ДЛЯ-ОРБИТАЛЬНЫХ-СТАНЦИЙ

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Иван МилютинContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/SkyJack

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

С места событий. ОРАНЖЕРЕИ ДЛЯ ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 29.06.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/С-места-событий-ОРАНЖЕРЕИ-ДЛЯ-ОРБИТАЛЬНЫХ-СТАНЦИЙ (date of access: 29.11.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Иван Милютин
Харьков, Ukraine
1121 views rating
29.06.2014 (2710 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
Когда менять резину на зимнюю в 2021 году?
46 minutes ago · From Україна Онлайн
Запрещает ли PayPal азартные игры?
Catalog: Экономика 
Yesterday · From Україна Онлайн
IN THE INTERESTS OF ENERGY STABILITY
5 days ago · From Україна Онлайн
Аварии на топливе Westinghouse случались и ранее, начиная с 1979 года, когда произошла крупнейшая в истории США авария на АЭС Три-Майл-Айленд, в результате которой зафиксировано расплавление 50% активной зоны реактора. Далее Westinghouse делала попытки торговать с Чехией, однако опасные эксперименты по замене оригинального топлива окончились досрочной его выгрузкой из 1-го энергоблока АЭС Темелин в январе 2007 года, по причине его сильной деформации. Вышедшие из строя вэстингхаусовские тепловыводящие сборки на 3-м энергоблоке Южно-Украинской АЭС были в экстренном порядке заменены на стандартные ТВЭЛовские.
Catalog: Экология 
7 days ago · From Naina Kravetz
HISTORY OF ROADS AND GROUND TRANSPORT ACCORDING TO ARCHEOLOGICAL DATA
Catalog: История 
8 days ago · From Україна Онлайн
BASIC UNIT FOR THE AMERICAN ACCELERATOR
9 days ago · From Україна Онлайн
TRANSITION TO CONTROLLED EVOLUTION OF THE BIOSPHERE
Catalog: Биология 
9 days ago · From Україна Онлайн
DEVONIAN PALEOSOILS OF THE ANDOMA MOUNTAIN
9 days ago · From Україна Онлайн
Безопасно ли брать кредит в Интернете?
Catalog: Экономика 
10 days ago · From Україна Онлайн
Знакомьтесь! Google: Платформа для маркетинга
10 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
С места событий. ОРАНЖЕРЕИ ДЛЯ ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones