Аквариум в банке: как сделать закрытую водную экосистему. Замкнутая экосистема — возможно будущая среда обитания человека
В одним из своих дневников я упоминал закрытую экосистему. Некий микромир. Который существует самостоятельно.
Итак, закрытая экосистема - это система, которая не предполагает обмен веществами с внешним миром.
Это что-то наподобие Земли. Только в уменьшенном виде.
На фото - открытая система. Она берет все необходимое для своего существования из окружающей среды.
Закрытая же экосистема полностью отрезана от внешнего мира. Более того, такая система не требует никакого ухода.
Дэвид Латимер посадил в бутылку традесканцию и на протяжении 40 лет не открывал ее. За это время растение не только не погибло, а образовало собственную экосистему. Питание традесканции производилось за счет собственного перегноя. А рост растения - из-за производимого ею кислорода. Полив отсутствовал. Так как увлажнение производилось конденсатом. 
Я решил сделать несколько закрытых экосистем. Именно сделать! А не купить. Ах да, такие экосистемы также можно купить.
В интернете достаточно информации о том, как можно сделать такое "чудо" природы. Расскажу как делал я.
Во-первых, для посадки требуется закрывающаяся ёмкость.
Конечно же СТЕКЛЯННАЯ. Я брал обычную банку. Либо в магазинах можно купить крутые стеклянные ёмкости округлой формы.
Во-вторых - земля. Я брал обычную землю. Без всяких там заморочек. Для дренажа у меня обычный песок с камнями.
В-третьих - растения. Самые обычные! По опыту скажу, что для закрытых систем лучше всего брать влаголюбивые. В моем случае - мох. Можно брать любые растения. Главный критерий - совместимость растений. Это может быть папоротник, хлорофитум и т.д.
В-четвертых - декор. Сами понимаете, что он не обязателен и делается по желанию. На просторах интернета пишут, что главное в выборе декора то, чтобы он не гнил. Я считаю, что будет круто, если он будет все-таки гнить. Это подчеркивает естественность такой системы.
В банку насыпаем дренаж, землю. Формируем рельеф. Дальше высаживаем растения. Для декора я взял фигурку ангела (планируется, что споры мха начнут расти на ней) и камень. Укладываем все как вам нравится, поливаем и закупориваем.
Важно, изначально не закупоривать сильно ёмкость. Так как воды в растениях может быть чрезвычайно много и они просто начнут гнить. В первый день рекомендуется не закупоривать ёмкость. Чтобы лишняя влага испарилась. В моем случае я просто закупорил все как есть.
В первую неделю в банке наблюдалось большое количество конденсата. И я был вынужден открыть ёмкость, чтобы вода немного испарилась. Растения прижились. Мох немного подрос.
В конце второй недели в банке была замечена "внеземная" жизнь - появилось два больших комара. Которые через три дня благополучно скончались.
Сегодня на фигурке ангела наблюдается кое-где рост мха. Фото, увы, не могу сделать - на стенках банки днем большой конденсат.
Вторая моя система может быть как открытой, так и закрытой.
Сделать подобную замкнутую экосистему в бутылке не так сложно:
- Сначала надо найти подходящий стеклянный сосуд с достаточно широким горлышком для более удобного доступа.
- Нужен хороший грунт и компост.
- И конечно же, само растение. В качестве растений рекомендуют Adiantum (Папортоник) , некоторые виды Tradescantia (Традесканция) и маленькие ростки Chlorophytum (Хлорофитум).
- Поливать надо всего 1-2 раза до запечатывания.
Прекрасная замкнутая экосистема , которая сможет существовать до тех пор, пока есть солнечный свет. Даже если вся жизнь на планете вымрет.
А вот и видео с героем, где он рассказывает о том, как все это получилось и показывает свою экосистему.
В чём сила Борщевика Сосновского и Ротана Голавешки? Принципиальная возможность создания замкнутой экосистемы. Бизнес план фермы по разведению кроликов и нутрий.
В Кунг-Фу нельзя противостоять силе противника —
нужно войти в гармонию с ней…
Брюс Ли «Дао Кунг Фу»
Во второй половине семидесятых годов на территории Средней Руси появились два новых вида живых организмов, распространение которых носило характер массовой биогенной эпидемии. Небольшая рыбка ротан головешка, после заселения в среднерусских прудах, очищал для себя жизненное пространство, уничтожая под корень всю благородную рыбу. Борщевик Cосновского — гигантский зонтик, серьёзно нарушал экологический баланс, убирая со своего пути все другие растения и был, практически не убиваем. Все традиционные методы борьбы с этими биогенными завоевателями мирового господства оказались безуспешны. Вначале считали, что это или какие-то супермутанты, появившиеся в результате очередной утечки радиоактивных изотопов или изобретательная диверсия спецслужб США. После оказалось, что всё гораздо проще. Попробуем разобраться, в чём тут дело.
Ротан головешка никакой не мутант. Это обыкновенная аквариумная рыбка, в естественной среде обитающая в бассейне реки Амур и Дальнем Востоке и северо-востоке Китая. Часто встречается в местах нерестилища осетровых рыб, поедая их икру. Отсюда был сделан вывод, что вытеснение других видов рыб из среднерусских водоёмов связано именно с поеданием икры. Нужно отметить, что это действительно исключительная рыба. Она обладает огромной головой и огромным ртом. Она ест буквально всё, иногда очень глубоко заглатывая наживку. У ротана широко развит каннибализм. Рыбы могут поедать друг друга, например, находясь в целлофановом пакете. Ротан чрезвычайно живуч. Отрубленная голова может дышать ещё минут пятнадцать. Некоторые рассказывали (я не проверял) что замороженная в морозилке рыба после оттаивания спокойно возвращается к жизни. По внешнему виду, ротан чем-то напоминает вымершую семь миллионов лет назад кистепёрую рыбу.
Борщевик Cосновского также не диверсия спецслужб США. Он был привезён в Среднюю Россию И.В. Сталиным в 1947 году из Кавказа, за что получил в народе название «месть Сталина». Казалось, что он может решить многие проблемы сельского хозяйства, поскольку давал 2500 центнеров с гектара и не требовал никакого ухода. Позже оказалось, что это растение активно выделяет вещества фуранокумарины, которые при попадании на кожу вызывают сильные болезненные и долго не заживающие фотохимические ожоги. Эти ожоги очень напоминают результат воздействия жёсткого ионизирующего излучения. Более того, недавние исследования показали, что сок, выделяемый Борщевиком Сосновского, обладает токсичными, митозомодифицирующими и мутагенными свойствами. (А.С. Песня, Д.А. Серов и др. 2011). Основной целью веществ, выделяемых Борщевиком Сосновского, является воздействие на механизм деления клеток в предварительной стадии митоза. То есть никаких нарушений в поражаемых клетках он не производит за исключением блокировки возможности деления. При подготовке деления у вражеских клеток эукариотов происходит «индукция апоптоза», то есть программируемой клеточной самоликвидации.
Использование Борщевика Сосновского в качестве основного фуража оказалось невозможным, поскольку молоко у коров приобретает характерный горький вкус и становится непригодным и для кормления потомства и для питья человеком. Собранный в силосную яму, борщевик через некоторое время вскрывает свои клеточные перегородки и превращается в вонючую жижу. Есть предположения, что процессы, индуцированные Борщевиком Сосновского, имеют ядерную природу, то есть ожоги на теле и нарушения в процессе размножения клеток всех окружающих эукариотов обусловлены особым видом радиоактивности. Когда какое-то живое существо выпадает из общей гармонии природы, то это сразу бросается в глаза. Характер дисгармонии в случае ротана кажется очень похожим на характер дисгармонии, вызванной борщевиком, что может говорить о том, что в обоих случаях мы имеем дело с одним и тем же биологическим эффектом. Для того, чтобы понять, что представляет собой этот эффект, рассмотрим некоторые сопутствующие наблюдения.
Ротан любит жить в стоячих водоёмах, в заболоченных водоёмах с хорошо развитой травяной растительностью. В водоёмах с проточной водой и реках, ротан не обнаруживается. Популяция ротана носит характер «заболевания». Если в только что созданный пруд запустить ротанов, то популяция не развивается. Ротан появляется, только на уже существующей значительной популяции других рыб, уничтожает её, после чего поддерживает свою популяцию на постоянном достаточно высоком уровне. Вывести ротанов после развития популяции практически невозможно. Попытки разведения с этой целью, например окуня или щуки оканчиваются неудачей. Окунь не хочет жить в тех условиях, в которых живёт ротан. С другой стороны, карась способен сосуществовать вместе с ротаном, причём замечены принципиальные изменения в популяции карася после появления ротанов. Если обычно, карась довольно мелкая рыбёшка, то когда популяция ротанов выходит на свой стабильный уровень, общее число карасей уменьшается, то при этом они значительно увеличиваются в размерах. Другие виды рыб ротан полностью уничтожает, но с карасём он входит в своеобразную гармонию и обе популяции вполне могут сосуществовать вместе.
То, что Борщевик Сосновского «стремительно распространяется» по полям и лугам не соответствует действительности. Я несколько лет наблюдал за различными популяциями борщевика, и оказалось, что они достаточно стабильны. Участок, на котором растёт борщевик, представляет собой некоторое подобие язвы на теле. Она вполне локализована и имеет реальные границы. Даже если рядом с поляной борщевика есть открытое заброшенное поле и семена могут относиться ветром на значительное расстояние, дальнейшее распространение растения не происходит. Одно из самых любимых мест обитания борщевика — это опушка леса. На открытых пространствах и в лесу, он встречается значительно реже, хотя в одном месте я наблюдал очень мощную популяцию борщевика на тенистой лесной тропинке. Первые всходы борщевика появляются сразу после схода снега вместе с нарциссами, тюльпанами и декоративным чесноком.
Очень большой процент популяции борщевика образуется вокруг действующих и заброшенных коровников, где существуют области с почвой, у которой нарушен внутренний баланс, в частности вызванный обилием не перепревшего навоза и/или отсутствием нормального травяного покрова повреждённого копытами животных. Обилие борщевика по краям дорог как раз связано с тем, что обычно именно по этой территории перегоняют стада коров. При этом выполняются оба условия: верхний травяной покров уничтожается копытами и сверху земля покрывается свежим, не перепревшим навозом.
Ну вот в сущности и всё. Теперь можно приступить к объяснению всех вышеперечисленных явлений. Для начала обратимся к истории возникновения жизни на Земле. Возраст Земли оценивается по анализу вещества метеоритов и лунного грунта в 4,5 тысяч лет. Возраст пород, в которых найден углерод заведомо органического происхождения (с характерным изотопическим сдвигом 12 С и 13 С) составляет 3,8 миллиардов лет. Цифра солидная, но главное заключается в том, что формация Исуа в Гренландии, где был обнаружен этот органический углерод, является вообще древнейшей осадочной породой на Земле. Этот факт доказывает «презумпцию Вернадского» — что жизнь на планете возникает немедленно, как для этого возникают минимальные условия… но это к слову.
Первыми живыми существами на Земле были прокариоты или, грубо говоря, сине-зелёные водоросли, которые правда никакие не «водоросли», а самые примитивные бактерии. Древнейшие из них найдены в местонахождениях Варравуна (Австралия) — 3,5 и Онфервахт (Южная Африка) — 3,4 млрд лет назад. Это оказались несколько видов цианобактерий («синезеленых водорослей») ничем особенно не отличающихся от современных. Разделение живых существ на прокариоты и эукариоты (эти термины были введены в 1925 г. Э. Шаттоном), основанное на наличии или отсутствии в их клетках оформленного ядра, теперь считают существенно более фундаментальным, чем, например, разделение на «животных» и «растения».
Концентрация кислорода на Земле вплоть до середины протерозоя (1,7-1,8 миллиардов лет назад) оставалась на очень низком уровне — не выше 1%. Кислородная революция привела к тому, что впервые за 2 миллиарда лет существования живых организмов Мир становится аэробным. Для существ, составлявших в те времена биосферу Земли, это можно было бы назвать только как «отравление кислородом атмосферы планеты». Все существовавшие на то время прокариоты были анаэробны и не выносили повышенной концентрации кислорода в воздухе. Это было связано, прежде всего, с тем, что многие процессы характерные для прокариотов — например, ферментный комплекс, ответственный за фиксацию N 2 подавляется молекулярным кислородом. Переход к кислородной атмосфере привёл к первому в истории существования жизни на Земле глобальному экологическому кризису.
Собственно эта кислородная революция шла примерно параллельно с другой революцией — возникновением эукариотов и многоклеточных организмов. Для прокариотов многоклеточного организма возникнуть не может. Непонятно, почему только клетки с ядерной оболочкой и упаковкой ДНК с использованием гистонов, способны образовывать многоклеточные организмы. Тем не менее — прокариотом пришлось уступить, и они заняли на планете такие экологические ниши, для которых характерен дефицит кислорода. Хорошо известно, что вода «портится» или «протухает» если находится без движения. Цианобактерии — главные участники «цветения воды», которое приводит к массовым заморам рыбы и отравлениям животных и людей. Забавным фактом является то, что цианобактерии являются творцами кислородной атмосферы земли и в настоящее время производят до 40% всего кислорода… и в то же время не переносят его высокой концентрации.
Вместе со всем этим остаётся главный факт — прокариоты самые неприхотливые и выносливые жители на планете. Это полные автотрофы. Для своей жизнедеятельности им не нужно НИЧЕГО, кроме воды, тепла и углекислого газа. Ни свет, ни органика, ни кислород им не требуется. Они были первыми, кто появились на планете и в результате какой-нибудь глобальной катастрофы будут последними, кто её покинет. Так что же там с нашим ротаном? Для объяснения странностей вокруг этой рыбки, нужно предположить, что она является квази-автотрофом — то есть способна поедать автотрофы — цианобактерии. Таким образом, для жизнедеятельности ротана достаточно только наличие сине-зелёных водорослей и других анаэробных организмов. Концентрация анаэробов тем выше, чем ниже концентрация кислорода, кислород они не любят. Вначале, ротан попадает в среду с нормальной концентрацией обыкновенных рыб и уничтожает их всех, поедая икру и мальков, а параллельно с этим и всё, сто попадётся ему на пути. При этом концентрация рыбы в маленьком пруду становится настолько высокой, что уровень кислорода сильно падает. Это вызывает быстрый рост популяции анаэробных организмов и прежде всего цианобактерий. Они вспоминают своё легендарное прошлое два миллиона лет назад. Но ротану это только на руку, поскольку для жизнедеятельности ему вполне хватает поедать цианобактерии. Возможно, они вполне заменяют ему кислород. Вместе с ротаном в таких условиях может выжить только рыба, которая также может существовать с пониженным содержанием кислорода — карась. Вот и всё.
С борщевиком сосновского ситуация интереснее. После того, как на некоторой площади возникает область с сильно пониженным содержанием кислорода: повреждённая земля, большая концентрация свежего навоза, возникает лавинообразное размножение цианобактерий и других анаэробов в почве. Борщевик активно усваивает эти организмы, в результате чего возникает обратная связь — чем больше цианобактерий, тем активнее рост борщевика и ниже концентрация кислорода и следовательно быстрее рост анаэробных цианобактерий. Но, борщевику сложнее прожить, чем ротану, поскольку в почве значительно больше нахлебников на цианобактерии, чем в воде. Многие простейшие эукариоты приложатся к лакомному куску. Значит — надо их всех убить! Для выполнения этой задачи, борщевик выделяет специальные вещества в почву, которые влияют только на клетки эукариотов, то есть на такие клетки, у которых есть ядро и выполняют свою боевую задачу — останавливают процесс деления клетки на периоде самопроверки. Если клетка ядра не содержит — то её борщевик не трогает — это его еда.
Ничего странного нет в том, что растение может питаться бактериями. Существует около 600 видов растений, которые приспособились к ловле и перевариванию небольших животных, в основном насекомых. Для защиты от летающих агрессоров, борщевик выделяет активные фуранокумарины в воздух и пропитывает ими поверхность всего растения — чтобы враг не прошёл. Ни мошки, ни блошки, ни гусеницы полакомиться борщевиком не в состоянии. Единственным исключением являются насекомые, включая пчёл, которых борщевик допускает до своих зонтиков для эффективного опыления, хотя он прекрасно опыляет себя сам, так что летающие насекомые ему не принципиальны. Такой механизм активности Борщевика объясняет удивительную сложность уничтожения этого странного растения. Поскольку ему почти ничего не нужно — у него ничего нельзя отнять. Бороться с самыми живучими существами на планете цианобактериями нереально. Скашивать борщевик почти бесполезно, поскольку он вырастает из маленького кусочка корня. Если скашивать его до возникновения зонтиков, то из двулетника он превращается в многолетник и будет упорно расти до тех пор, пока не даст потомства. Если скашивать его после возникновения семян, то избежать попадания свежих семян в почву вряд-ли удастся. Поиск по ключевому слову «борщевик сосновского» пестрит описанием неудачных попыток побороть это растение. Борщевик поистине обладает силой цианобактерий и, кстати, внешне очень похож на гигантские растения, которые существовали на земле миллионы лет назад.
Итак, мы смогли ответить на вопрос «Кто виноват?» теперь нужно перейти к следующему этапу и ответить на вопрос «Что делать?». На основании существования живых существ с аномально высокой выживаемостью и неприхотливостью, а также аномальной скоростью размножения можно создать замкнутую экосистему, которая бы существовала на правах концентрированной дикой природы и не требовала бы заботы человека. Единственное что должен такой системе человек, это обеспечить надлежащий температурный режим и освещение. Если бы существовала независимая энергетика нуклеосинтеза , такая биоячейка могла бы стать полностью автономной. Если источникам энергии является электричество, то единственное, что необходимо от человека — это обеспечить необходимую внешнюю электрическую нагрузку.
Животные, которые могли бы активно размножаться в такой биоячейке, должны быть «условно домашними». Это должно быть животное, которое способно независимо прожить в диких условиях и в то же время быть очень дружелюбно к человеку. Например, бобёр таким условиям не удовлетворяет, поскольку, не смотря на то, что успешно проживает в дикой природе, достаточно агрессивен. Нутрия, тот же бобёр, но напротив очень дружелюбна и широко используется для разведения в звероводческих хозяйствах и на фермах. Очевидны сложности в разведении зайцев в отличие от кроликов, которые являются традиционным объектом широко распространённого «кролиководства». Кролик прекрасно проживает в дикой природе и, следовательно, является условно домашним. Также к «квазидомашним» животным можно отнести выдру, которая конечно зверь дикий, но иногда используется как домашнее. В некоторых районах Бангладеш выдр используют в качестве охотничьиих животных — они загоняют рыбу в сети рыбаков.
Для описания замкнутых систем типа «хищник-жертва» используется известное уравнение Лотки-Вольтерра, которое было впервые получено Лоткой в 1925 году для описания динамики взаимодействующих биологических популяций. Система имеет равновесное состояние, когда количество хищников и жертв постоянно. Отклонение от этого состояния приводит к колебаниям численности хищников и жертв, аналогичных колебаниям гармонического осциллятора. Стабильность по Ляпунову устойчивого состояния возможна, но в реальных условиях это должно быть проверено экспериментально. Рассмотрим пример связанной системы «хищник-жертва» на примере борщевика и кролика.
Кролик — Борщевик Сосновского
Кролик в своём роде удивительное животное. При наличии благоприятных условий, размножение кролика носит характер биогенной пандемии. Климат в Австралии очень сухой, что максимально снижает количество болезнетворных для кролика бактерий. Почва песчаная, что позволяет легко рыть норы и неограниченно размножаться, уничтожая все посевы фермеров. Для борьбы с кроликами в Австралии были выведены страшные вирусы. В других частях света кроличья эпидемия не встречается, поскольку кролик очень сильно подвержен внешнему бактериологическому заражению. Достаточно одному кролику заболеть, как вымирает вся популяция. Кролик — это зверь, который способен самостоятельно контролировать размер своей популяции. Если количество кроликов превышает имеющиеся в наличии корма, то животные переходят к каннибализму и начинают поедать своих детей. Организм кролика представляет собой минифабрику по производству обогащённых комбикормов. Кролик, переваривая траву, создаёт «ночной кал», обогащённый питательным кормом, которой он же сам и поедает. Диетическое мясо кроликов относится к так называемому белому мясу. Количество белка в нем выше, чем в баранине, говядине, свинине и телятине. Кроличье мясо, как нельзя лучше, отвечает задаче повышения полноценности белкового питания и снижения в рационе уровня жиров, особенно насыщенных. По витаминному и минеральному составу мясо кроликов превосходит почти все иные виды мяса.
Посмотрим, что кролик и Борщевик Сосновского прекрасно подходят друг для друга. Самой центральной проблемой, которая не даёт кролиководству по-настоящему развернуться — это высокая уязвимость кроликов к бактериологическим заболеваниям, что делает их содержание дорогостоящим. Высочайшая чистота и качество мяса кролика не допускает наличие активных ядовитых веществ для борьбы с болезнетворными бактериями. Борщевик прекрасно решает эту проблему, поскольку является естественным дезинфектором воздуха и почвы, подавляя своими выделениями все микроскопические эукариоты. Зелень борщевика — это идеальный корм для кролика. Поскольку кролик покрыт густой шерстью, то фуранокумарины, вызывающие ожоги на него не действуют. К тому же кролики проводят большую часть своей жизни в норах, глубоко под землёй и выходят для еды на поверхность только ночью. В свою очередь кролики оставляют на поверхности свой неперепревший кал, который является идеальной питательной средой для размножения цианобактерий, главной сырьевой базы Борщевика.
Поддержание климатического режима
Для поддержания климатического режима в биоячейке необходимо наличие водяных каналов. Общая температура внутри ячейки всё время может держаться постоянной на оптимальной температуре размножения кроликов и роста борщевика — порядка 22 градусов по Цельсию. Замкнутая система ротан-цианобактерии никогда не даст воде зацвести и заболотиться. Берега каналов необходимо укрепить побегами гигантского тополя и ивы, которые можно найти в большом количестве, например в черте города Москвы. Эти деревья прекрасно растут по берегам речек, обладают сильной корневой системой и аномально высокой скоростью роста и несравнимой выживаемостью. Достаточно отломать ветку тополя, сделать из неё кол, забить в землю в произвольном месте, чтобы он прижился и начал расти. В черте города Москвы на свалках, у гаражей растёт некое подобие подмосковного бамбука, дающего очень большую зелёную массу. Эти деревья вместе с ивой могут стать основой пищевой базы для нутрии, которая будет контролировать травяной режим в каналах и никогда не даст им зарасти осокой и камышом. Нутрия — животное, которое по своим техническим характеристикам очень напоминает кроликов. Она предпочитает тот же климат, размножается со сравнимой скоростью, контролирует рождаемость поеданием детей и представляет собой минифабрику по производству комбикормов, поедая свой «ночной кал». Также как и кролик — это исключительно травоядное животное, которому вполне хватает веток ивы для того, чтобы прокормиться. Но нутрия — это водяное животное и в любом случае предпочтёт камыш борщевику. Зоны обитания кролика и нутрии не пересекаются. Мясо нутрии — настоящий деликатес. По цвету оно схоже с говядиной, по аромату и вкусу напоминает пернатую дичь, а по вкусовым качествам, калорийности, содержанию полноценных белков, жира, минеральных веществ и витаминов не уступает крольчатине и говядине. Жир нутрий белый, с кремовым оттенком, по усвояемости схож со свиным.
Полезные добавки.
В такой биоячейке или экосистеме замкнутого цикла вполне есть место для пчёл — они занимают свою нишу и ни с кем не пересекаются. Признано, что борщевик сосновского — прекрасный медонос, причём мед, созданный на базе борщевика, наверное, обладает свойствами аналогичными пенициллину. Карась, добавленный к ротану прекрасная диетическая рыба. Её можно варить, жарить и вялить, как воблу. Когда популяция ротанов стабильно высокая, можно добавить выдру. Она предпочитает мелкую рыбу и ротан для неё наилучший корм. С травоядной нутрией хищник выдра не пересекается. Выдра контролирует полёвок и грызунов, но самое главное — это мех, который очень красив и прочен. Его носкость в пушном деле принимается за 100%.
Интересной добавкой к биоячейке могут быть «съедобные мухоморы» — Amanita rubescens или Мухомор серо-розовый. Этот гриб обладает прекрасными пищевыми свойствами, очень вкусен — аналогично Белому грибу не темнеет при варке. Обычно даёт очень большую массу и растёт в больших колониях. Я долго изучал условия в которых растёт этот гриб и полагаю, что Amanita rubescens может также питаться анаэробными цианобактериями — так что почва на которой растёт Борщевик Сосновского ему будет в самый раз. Значение этого гриба, однако значительно больше, чем просто пищевого ингредиента. Грибы являются естественными источниками меланина, который способен поглощать и превращать в тепло жёсткое ионизирующее излучение. На этом основана жизнедеятельность некоторых видов грибов, которые очень активно произрастают на развалинах чернобыльской АЭС. В процессе разработки реакций нуклеосинтеза, может потребоваться именно меланин для более мягкого выделения энергии в ядерных реакциях. Принципиальным в случае Amanita rubescens является именно то, что под воздействием тепла, меланин не темнеет — а следовательно пропускает обыкновенный свет и поглощает только жёсткое излучение.
Судя по всему очень полезной добавкой для биоячейки могут быть небольшие членистоногие рачки, которые называются «Щитни». Их существует несколько видов и наверное подойдут все. Щитни — это самые древние животные, существующие сегодня на Земле. Они возникли ещё до динозавров в триасовом периоде. Главные полезные качества щитней — это исключительная выживаемость в самых сложных условиях и высочайшая агрессивность по отношению ко всем остальным живым существам своей биологической ниши. Они способны есть всё, что меньше их по размерам, а также могут самостоятельно регулировать свою численность занимаясь каннибализмом. Таким образом, щитни могут служить цели поддержания биологической чистоты биоячейки в масштабе своих размеров. Поскольку водоём биоячейки чем-то напоминает лужу или канаву — то для щитней такое жильё будет идеальным.
Общий вид замкнутой экосистемы.
Прежде всего — это огромный парник без доступа внешнего света. Всё освещение строго искусственное. Лампы искусственного освещения должны быть выбраны в соответствии с частотной характеристикой фотосинтеза. Пик фотосинтеза находится на двух длинах волн — 470 нм (синий) и 660 нм (красный). Наиболее эффективными являются светодиодные лампы. У таких ламп срок жизни 100000 часов и они потребляют на 75% меньше энергии, чем традиционные лампы. К тому же от светодиодов значительно проще получить излучение определённой длины волны, в традиционных источниках цвет свечения в основном определяется цветом люминофора либо цветофильтром. Светодиоды — самые холодные лампы и не будут влиять на температурный режим в биоячейке. Синяя длина волны лучше подходит для роста зелёной массы. Для животных и рыб цветовая температура излучения не имеет значения.
Существует, однако, небольшая проблема — существующие на сегодняшний день светодиодные лампы, рассчитанные на напряжение 220 вольт непомерно дороги. Но, нужно обратить внимание на то, что большая часть стоимости заключена в понижающем преобразователе с 220 вольт до 1.5-12 вольт необходимых для работы светодиодов. Светодиоды, рассчитанные на работу с обыкновенными батарейками значительно дешевле. Из самых общих соображений — светодиодная технология, по сути, исключительно дешева. Характерный пример. На базаре сегодня можно купить за 50 рублей небольшой брелок, в который заключён настоящий лазер. Аналогичный лазер в 60-е года был достоянием только немногих лабораторий и стоил огромные деньги. К слову на том же базаре можно купить за 500 рублей более мощный лазер зелёного света с помощью которого уже можно высвечивать пролетающие самолёты… Развитие технологии светодиодов в самом скором времени должно привести к значительному снижению стоимости этого типа освещения.
Главный принцип конструктивного построения парника следует из факта, что главной энергетической базой биоячейки являются анаэробные цианобактерии. Это значит, что дефицит кислорода только стимулирует активное выделение кислорода цианобактериями и стимулирует их рост, поскольку вытесняет из регионы все аэробные живые организмы. Следовательно не требуется забота о вентиляции. Многие современные технологии построения стен жилых домов делают упор на то, что эти стены ‘должны дышать’. В нашей системе это условие исключается. Это означает, внутренние стены парника можно обить оцинкованным железом, а внешние линолиумом. Оцинкованное железо широко используется в технологии изготовления гробов для перевозки трупов с повышенным содержанием бактерий любого типа. С одной стороны коррозия такого металла минимальна, а с другой стороны она неплохо защищает внешнее пространство от тех же бактерий. Поэтому я полагаю, что оцинкованное железо должно использоваться и для стен биоячейки и для крыши. Такие активные грызуны, как кролики и нутрии могут сгрызть практически любую поверхность — но вот оцинкованное железо им будет не под силу. Стойки парника, держащие крышу можно сделать из брёвен, но с двумя оговорками. По первых, они должны быть надеты на асбестовые трубы, вкопанные в землю. Во-вторых, стойки нужно обернуть оцинкованной мелкой сеткой, чтобы грызуны не смогли их повредить. … Система нагрева воды в каналах должна регулироваться термодатчиком и поддерживать строгую температуру в системе.
Для обеспечения оптимальной тепловой изоляции и значительного снижения стоимости биоячейки можно использовать технологию, которая иногда используется при строительстве каркасных домов. В пространство между вертикальными стойками из досок засыпается некий наполнитель с повышенной теплоёмкостью. В нашем случае можно использовать старые измельчённые резиновые шины, которые хорошо свариваются вместе в одно целое при помощи паяльной лампы. Интересно, что в США, штате Мэриленд измельчённая резина из старых шин используется как покрытие на детских площадках — следовательно, такой наполнитель должен быть вполне экологически чистым.
Самоокупаемость экспериментальной экосистемы.
На территории Средней Руси и в частности Подмосковья существует множество разрушенных и заброшенных ферм — наследство погибшей экономики СССР. Эти территории могут быть недорого выкуплены или взяты в аренду. К сожалению я не могу оценить какие конкретные затраты потребуются на обеспечение необходимого уровня освещения и поддержания температурного режима. Коммерческую стоимость имеют мех и мясо кроликов, мех и мясо нутрий, мех выдры, карась. Наверняка какие-нибудь анастасийцы или староверы смогли бы найти ещё много нетривиальных применений для составляющих биоячейки. Поскольку ячейка предполагается закрытого типа, то необходимо допустить возможность саморегуляции условий внутри ячейки. Например, известно, что температура в коровниках повышается за счёт жизнедеятельности микроорганизмов. Может так случиться что внешняя терморегуляция не потребуется вообще. Исключить освещение из такой системы полностью наверное не удастся, но принимая во внимание, что главным механизмом ячейки является не фотосинтез, а хемосинтез значение внешнего освещения значительно снижается.
Исходя из этого, можно предположить, что стоимость обслуживания биоячейки будет минимальна и себестоимость продукция системы будет приближена к нулю .
Иосиф Гительзон, Андрей Дегерменджи, Александр Тихомиров
«В Институте биофизики СО РАН создана уникальная биолого-техническая система жизнеобеспечения человека – БИОС-3. Проведенные на ней эксперименты показали: экипаж из 2–3 испытателей, находящийся в автономном режиме, за счет замкнутого цикла может в течение 4–6 месяцев на 100% обеспечивать свои потребности в воде и воздухе, более чем на 50% – в пище.
На системах такого же назначения, созданных в других странах мира, столь высокого результата пока не достигнуто. В настоящее время БИОС-3 реконструируется с учетом международных стандартов, в нем планируются длительные эксперименты по имитации круговоротных процессов для обеспечения автономного существования человека на лунных и марсианских космических станциях.
Что такое замкнутая экосистема?
В замкнутых экологических системах (ЗЭС) круговорот биогенных элементов организован так, что вещества, используемые с определенной скоростью одними звеньями этих систем, с такой же средней скоростью регенерируются из конечных продуктов их обмена до исходного состояния другими звеньями, а затем вновь используются в тех же биологических циклах.
Наиболее яркий представитель естественных ЗЭС – сама биосфера Земли: в ней за счет круговорота веществ поддерживается существование жизни, в том числе и человечества. В идеальном случае данные системы могут существовать бесконечно долго.
В искусственных ЗЭС конструкторы стремятся реализовать круговорот массообменных процессов с минимальным количеством отходов, т.е. веществ, накапливающихся в системе в виде неиспользуемого балласта. При этом необходимо обеспечить циркуляцию массообменных потоков как минимум между двумя типами звеньев – синтезаторами веществ и их деструкторами. Работа первых чаще всего основывается на фотосинтезе. Поэтому их называют фототрофными, и состоят они либо из низших растений (как правило, микроводорослей), либо из высших. Вторые (деструкторы) окисляют полученные в процессе фотосинтеза вещества и продукты их жизнедеятельности вплоть до компонентов (в идеальном случае до СО 2 , Н 2 О и минеральных соединений), вновь используемых фототрофами.
Важнейшее гетеротрофное звено рассматриваемых нами замкнутых экосистем – человек. Именно он формирует требования к работе всех других звеньев и по сути задает интенсивность круговорота, чтобы обеспечить свои потребности в кислороде, воде и пище. Для ЗЭС с участием людей это означает также включение в круговорот продуктов их жизнедеятельности, растительных отходов и ряда других веществ. Отметим, такая экосистема с фототрофным звеном, состоящим из высших растений, имеет большую замкнутость круговоротных процессов, нежели из водорослей, ибо последние практически несъедобны и их биомасса накапливается в виде отходов. И еще. ЗЭС с человеком могут существовать в автономном режиме достаточно долго. Данное их свойство востребовано в первую очередь для космических целей.
Внешний вид герметической кабины объёмом 12 куб.м с человеком в БИОС-1
Поэтому неудивительно, что резкий рост соответствующих научных исследований связан с «космическим бумом» 50-60 годов ХХ в., когда освоение Луны и Марса казалось делом ближайшего времени.
Пионерские опыты
Первые в мире реально действующие замкнутые системы жизнеобеспечения были созданы в СССР в первой половине 1960-х годов. Основные изыскания развернулись тогда в Москве – в Институте авиационной и космической медицины Министерства обороны, а позднее в Институте медико-биологических проблем Минздрава СССР (ныне ИМБП РАН) и в Красноярске – вначале в отделе биофизики Института физики (ИФ) СО АН СССР, а затем в Институте биофизики (ИБФ) СО РАН. Исторически так сложилось, что в ИМБП поиск изначально был сосредоточен на системах жизнеобеспечения космических кораблей и орбитальных станций, где предпочтения отдавались использованию физико-химических процессов, а в ИБФ – на замкнутых экосистемах для долговременных планетных станций, где доминирующую роль в круговороте веществ должны играть биологические методы. Подчеркнем: с помощью первого подхода невозможно создать полный круговорот, поскольку неизвестны пути искусственного синтеза полноценных пищевых веществ, необходимых для питания человека. Второй же избавлен от этих недостатков. Базирующиеся на нем системы жизнеобеспечения автономны, а следовательно, более независимы от продолжительности миссий при освоении дальнего космоса.
Макет БИОС-3: 1 – жилая часть: три кабины для экипажа, санитарно-гигиенический модуль, кухня-столовая; 2 – фитотроны с высшими растениями: два с площадями посева 20 м2 в каждом; 3 – водорослевый культиватор: три фотобиореактора объемом 20 л каждый для выращивания Chlorella vulgaris .
Разумеется, биологические ЗЭС допускают использование в них элементов физикохимии, но только как дополняющих технологий, способствующих повышению скоростей и степени замкнутости массообменных потоков. Системы, где предполагается такая интеграция биологических и физико-химических методов, получили название биолого-технических ЗЭС. Именно их и создают в ИБФ.
Стартом к началу работ по строительству ЗЭС космического назначения в ИБФ (в те годы отдел биофизики ИФ СО АН СССР) стала встреча в начале 1960-х годов директора Института физики Леонида Киренского (академик с 1968 г.) и Генерального конструктора ракетных систем Сергея Королева (академик с 1958 г.). Предложение Леонида Васильевича создать в Красноярске замкнутую экосистему, способную автономно существовать длительное время за счет внутреннего круговорота вещества, очень заинтересовало Сергея Павловича. Состоялась серия совещаний, в которых приняли участие основатели этого нового направления биофизики Иван Терсков (академик с 1981 г.) и один из авторов данной статьи Иосиф Гительзон (академик с 1990 г.) – они дали подробное научное обоснование целесообразности и реальности выполнения таких работ. Королев поставил четкую задачу: в течение нескольких лет на базе отдела биофизики ИФ СО АН СССР создать экосистему с замкнутым круговоротом вещества, способную в автономном режиме обеспечить длительное пребывание человека в герметичном пространстве в условиях, приближающихся к земным. Тогда государство выделило достаточные средства для привлечения специалистов и приобретения необходимого оборудования.
Выполнение этой задачи можно условно разбить на три этапа. Вначале (1964-1966 гг.) была реализована биологическая система БИОС-1, включавшая два основных звена: герметичную кабину объемом 12 м с человеком и специальный культиватор объемом 20 л для выращивания микроводоросли хлореллы. По итогам семи экспериментов длительностью от 12 ч до 90 суток удалось достичь важного результата – полного замкнутого цикла по газу (выдыхаемый воздух очищался от углекислого газа, примесей, обогащался кислородом, вырабатываемым хлореллой) и воде (включая регенерацию питьевой, для приготовления пищи и гигиенических нужд).
Затем в 1966 г. БИОС-1 модернизировали в БИОС-2 путем подсоединения к ней камеры объемом 8,5 м с высшими растениями – здесь выращивали набор овощных культур. Они повысили замкнутость массообменных процессов в системе за счет частичного вовлечения в круговорот растительной пищи, включенной в рацион питания человека. Кроме того, высшие растения, как и хлорелла, участвовали в регенерации атмосферы для дыхания людей. Это позволило снизить биомассу хлореллы, необходимой для поддержания жизнедеятельности, и тем самым повысить степень замкнутости массообменных процессов. И поскольку за счет фотосинтеза высших растений продуцировался дополнительный объем кислорода, удалось провести эксперименты с экипажем из двух испытателей (наиболее продолжительные из них длились 30 и 73 суток). Работы в БИОС-2 продолжались до 1970 г. По их результатам впервые в мире была доказана возможность длительного функционирования искусственной экосистемы «человек-микроводоросли-высшие растения».
В начале 1972 г. в красноярском ИБФ создали БИОС-3 – принципиально новую искусственную экосистему. В отличие от предыдущих она обрела совершенно иные как конструктивные, так и функциональные характеристики. Установка общим объемом 300 м вместила в себя 4 отсека одинаковых размеров: жилой модуль с индивидуальными каютами для трех испытателей и три отсека с растениями для воспроизводства пищи и регенерации атмосферы и воды.
В БИОС-3 выполнены долговременные (несколько месяцев) опыты как по ранее уже опробованной схеме «человек-хлорелла-высшие растения», так и по совершенно новой – «человек-высшие растения». Впервые в мире удалось сформировать полную растительную диету для испытателей за счет набора растений, выращиваемых в самой системе, благодаря чему степень ее замкнутости по массообмену удалось поднять до 75%. А в итоге из всех искусственных биологических экосистем как в нашей стране, так и за рубежом только БИОС-3 позволила в автономном режиме обеспечивать жизнь экипажа из 2–3 человек в течение 4–6 месяцев за счет замкнутого цикла по воде и газу практически на 100%, по пище – более чем на 50%. Как уже говорилось, до настоящего времени этот результат остается непревзойденным. [Здесь, как и во многом другом, СССР опередил США, см. про их ЗЭС «Биосфера-2 «]
Важно и то, что путь от БИОС-1 до БИОС-3 был пройден за фантастически короткий промежуток времени – примерно за 7 (!) лет.
Рождение новых технологий
Создание БИОС-3 связано с целой плеядой выдающихся ученых. В первую очередь здесь следует еще раз упомянуть Леонида Киренского, заинтересовавшего Сергея Королева в проведении этих изысканий в Красноярске и организовавшего их выполнение. Исключительно важную роль в технической реализации системы сыграл наш сотрудник доктор биологических наук Борис Ковров. Он обладал способностью принимать быстрые и, что важнее, оптимальные конструкторские решения. Именно ему принадлежит идея передачи режимов обслуживания системы «внутрь», т.е. самим испытателям. В этом отношении БИОС-3 выгодно отличается от всех зарубежных искусственных ЗЭС. В ходе экспериментов на ней постоянно вели медицинские исследования состояния человека. Причем работы проходили при активном участии сотрудников ИМБП под руководством академика Олега Газенко, а непосредственный контроль осуществлял кандидат медицинских наук Юрий Окладников. Отметим, за весь период опытов БИОС-3 (длившихся в общей сложности около 11 месяцев) не было ни одного случая возникновения проблем с состоянием здоровья экипажа испытателей.
Важнейшей прорывной технологией явилось включение в круговорот высших растений, ставших основой обеспечения человека кислородом, пищей и водой. Ее автор доктор биологических наук Генрих Лисовский обосновал и практически реализовал идею подбора высших растений с последующей полной заменой ими несъедобной водоросли хлореллы. Специально для замкнутой экосистемы ученый вывел новый сорт короткостебельной пшеницы, у которой около 50% от общей биомассы приходилось на зерно.
Добавим также, что работы на БИОС-3 резко ускорили появление новых технологий. В частности, удалось научно обосновать выбор энергетических и спектральных характеристик видимого излучения для фототрофного звена систем жизнеобеспечения человека, определить место белого света при освещении растительных сообществ как в природе, так и в искусственных условиях и сформулировать концепцию светового управления продукционным процессом у растений с учетом различных уровней организации фотосинтетического аппарата.
В частности, были предложены режимы выращивания различных видов растений на лунной станции. Предполагалось, что если там будет действовать биорегенеративная система жизнеобеспечения, то для выращивания в ней растений (повторим, источника пищи и кислорода) необходимо «научить» их расти в условиях лунных суток, т.е. около 14 земных суток непрерывный свет и примерно столько же – ночь. Эту необычную задачу решили Лисовский с сотрудниками. Они нашли такие параметры внешней среды, при которых удавалось вырастить растения, приемлемые как по съедобной биомассе, так и по биохимическому составу. Это позволяет считать возможным использовать энергию Солнца для построения биорегенеративных систем жизнеобеспечения на Луне.
День сегодняшний
В настоящее время в нашем институте параллельно решают две ключевые задачи: техническую модернизацию системы БИОС-3 и разработку научных основ технологий для повышения степени замкнутости круговоротных процессов. Реализация их поддержана серией грантов СО РАН, рядом контрактов с Европейским космическим агентством. Используются и внутренние ресурсы ИБФ.
Исключительно важное значение мы придаем второму из указанных направлений. В числе уже достигнутых результатов – утилизация несъедобной растительной биомассы. Для вовлечения ее во внутрисистемный круговорот разрабатываем технологию биологического окисления с помощью почвоподобного субстрата. Он представляет собой продукт переработки соломы пшеницы червями и микрофлорой, одновременно являющийся корнеобитаемым слоем для растений. К тому же микрофлора субстрата угнетает патогенные микроорганизмы в корневой зоне растений, что способствует их защите от гнилей.
Еще один результат – экологически чистая технология вовлечения поваренной соли во внутрисистемный массообмен. Как известно, NaCl содержится, в частности, в жидких выделениях человека, но ее концентрация в них может оказаться летальной для растений. Поэтому включение этого соединения в биологический круговорот потребовало привлечения физико-химического метода минерализации жидких выделений. Идея такова: в переменное электрическое поле помещается водный раствор перекиси водорода, от молекул которой при этом отщепляется атомарный кислород, являющийся сильнейшим окислителем.
Внешний вид малой искусственной экосистемы: 1 – облучатель с высокоинтенсивным источником света; 2 – фототрофное звено (высшие растения) внутри герметичной камеры; 3 – манипуляторы для работы внутри камеры без нарушения ее герметичности; 4 – почвенный блок с почвоподобным субстратом; 5 – приборная стойка для контроля
и автоматического поддержания параметров среды внутри камеры; 6 – стенка герметичной камеры из нержавеющей стали.
В такой среде он доводит до минеральных компонентов растительные и животные отходы, после чего они используются растениями в качестве удобрений. Такой физико-химический метод экологически чист и относительно малоэнергоемок. Исходным продуктом для получения перекиси водорода служит вода – в биорегенеративных ЗЭС она не является дефицитом, т.е. фактически все исходные продукты, требуемые для обеспечения запуска технологического процесса, легко включаются в круговорот. Важно, что в отличие от традиционно используемых в системах жизнеобеспечения космических аппаратов физико-химических процессов, данный идет при температурах до 100 0 С и нормальном давлении.
Правда, полученный таким способом минерализованный раствор содержит неприемлемую для основных видов высших растений концентрацию NaCl. Поэтому первоначально его надо использовать для выращивания съедобного для человека солероса (Salicornia europaea ) – однолетнего растения семейства амарантовых, способного расти на средах с высоким содержанием поваренной соли и накапливать ее до 50% от своего сухого веса. Затем концентрация NaCl в питательном растворе падает до значений, приемлемых для его последующего использования в культивировании других видов растений.
Принципиальное решение проблемы вовлечения в круговорот жидких выделений человека открывает возможность полной ликвидации тупиковых, т.е. неприемлемых для дальнейшего использования веществ в ЗЭС, связанных с его экзометаболитами (выделяемыми во внешнюю среду продуктами метаболизма), включении их во внутрисистемный кругооборот. В связи с этим в ИБФ предложен комплекс соответствующих технологий. Дело в том, что вопрос с твердыми экзометаболитами человека решается намного проще: они не содержат NaCl и их вовлечение в массообмен после стерилизации не представляет особых трудностей.
Перспективы на завтра
Формирование замкнутых экосистем имеет две четко выраженные перспективы применения: космическую направленность и земные приложения. Первая связана с разработкой физических моделей устойчивых круговоротных процессов для стационарных лунных и марсианских баз. Состав систем, их конкретные функции и основные проектные характеристики определяются прежде всего типом той или иной планетной станции, ее задачами, длительностью существования, количеством членов экипажа, весовыми и энергетическими ограничениями, а также рядом других требований (медицинских, эксплуатационных и т.д.).
В литературе можно найти различные варианты систем жизнеобеспечения, основанных как на запасах и физико-химических методах регенерации атмосферы и воды, так и на введении в цепь соответствующих биологических звеньев (микроводорослей, высших растений, рыб и т.д.). Накопленный в ИБФ опыт позволяет акцентировать внимание на реализации интегрированной биолого-физико-химической системы жизнеобеспечения с доминирующей ролью первой составляющей. При развертывании планетной биорегенеративной ЗЭС (на примере гипотетической марсианской миссии) регенерация атмосферы станции, построенная только на высших растениях, будет страдать существенным недостатком – большой инерционностью, связанной с длительным циклом их развития. Стационарное функционирование такой системы возможно лишь спустя несколько месяцев после начала запуска: скажем, полное обеспечение экипажа водой и кислородом реально через 2 месяца, растительной частью диеты – через 3–4 месяца. И в течение этого времени обеспечивать экипаж водой и кислородом сможет только упомянутый водорослевый культиватор: при производительности 600 г/сут сухого вещества он полностью решит проблему нормализации воздушной среды для человека.
Конечно, параллельно с запуском последнего необходимо «включить» конвейер высших растений. По мере его формирования нагрузка на конвейер водорослей будет уменьшаться до такой степени, что последний можно остановить. Таким образом, в ходе развертывания биорегенеративной ЗЭС на планетной станции целесообразно перейти на схему функционирования, основанную только на высших растениях, обеспечивающих человека кислородом и растительной пищей.
Что касается земных приложений ЗЭС, то они возможны в самых различных отраслях. Так, специально разработанные для ЗЭС световые технологии могут стать основой создания энергосберегающих ламп с физиологически обоснованными спектральными и энергетическими характеристиками. Эти источники света применимы, в частности, для получения экологически чистой растительной продукции в регионах с неблагоприятными природными условиями. Дома, в которых будут использовать такие технологии замкнутых циклов, способны обеспечить людям автономное существование длительное время (например, в период сильных морозов и непогоды в северных регионах, в труднодоступных горных местностях) с частичным замыканием в воспроизводстве растительной пищи, обеззараживании и утилизации отходов, а также регенерации атмосферы. Расчеты показывают, что энергозатраты экологичного дома даже ниже, чем обычного.
Еще одно земное приложение – модель круговорота в биосфере. В настоящее время в научном сообществе идут широкие дискуссии о возможных климатических изменениях на нашей планете. Однако до сих пор отсутствует достаточное понимание их причин и механизмов. Приблизит ответы на многие вопросы моделирование, заключающееся во внимании к самым основным, принципиальным для функционирования системы (в данном случае биосферы) параметрам. Такого рода подходы проверяемы не только на биосферном уровне, но и на так называемых «биосфероподобных» системах. На основе полученных результатов реально разработать имитационные модели с принципиально новым характером понимания глобальных биосферных процессов.
Правда, в связи с этим необходимо создать упрощенные биосфероподобные искусственные экосистемы с высокой степенью замкнутости круговорота веществ и относительно небольшой обменной массой, к тому же обладающих определенной репрезентативностью по отношению к природным биотам.
Их уже разрабатывают в ИБФ, они могут оказаться эффективным инструментом для моделирования биосферных процессов, включая исследования их устойчивости к антропогенным факторам воздействия. В такой системе при искусственном свете в условиях герметичности поддерживается круговоротный процесс между двумя основными звеньями: фотосинтезирующим (высшие растения) и гетеротрофным (почвоподобный субстрат). Газовый состав среды, температура и влажность воздуха поддерживаются автоматически. Создавая различные факторы воздействия на систему (изменение температуры, концентрации СО 2 и др.), можно оценить ее реакцию и проверить те или иные варианты сценариев изменения климата.
Примечания
См.: О. Газенко, А. Григорьев, А. Егоров. Космическая медицина: вчера, сегодня, завтра. – Наука в России, 2006, №3,4; А. Григорьев, Б. Моруков. Марс все ближе. – Наука в России, 2011, №1 (прим. ред.).
См.: Э. Галимов. Перспективы планетоведения. – Наука в России, 2004, №6; К. Труханов, Н. Кривова. Брать ли на Марс магнитное поле Земли? – Наука в России, 2010, №3 (прим. ред.).
Биосфероподобные системы – искусственные замкнутые экосистемы, в которых сформированы и функционируют вещественно-обменные циклы, имеющие высокую степень подобия глобальным вещественно-обменным циклам биосферы (прим. авт.).
Если кто-то хочет сделать для себя и детей яркое наглядное пособие о морской жизни и окружающей среде, придется заняться созданием самоподдерживающейся водной экосистемы. Функционировать она будет самостоятельно без какого-либо внешнего вмешательства. К тому же это потрясающий элемент декора, который станет украшением любой комнаты.
Креветки питаются водорослями, а те в свою очередь в качестве пищи используют продукты жизнедеятельности креветок. Воду для проекта лучше всего брать из пруда или реки, поскольку в ней содержится достаточно водорослей и других полезных микроорганизмов. Экосистема будет функционировать лучше с вентиляционным отверстием. Это обеспечит газообмен с внешней средой. С надлежащей вентиляцией экосистема может функционировать на протяжении десяти лет или даже дольше!
Шаг 1. Сбор необходимых материалов.
Стеклянная банка с антикоррозийной крышкой;
- галька или песок для аквариума;
- свежая вода из пруда;
- растения для размножения и укрытия креветок.
креветки и/или улитки, хорошим выбором станут такие виды как Ghost Shrimp, Cherry Shrimp и Japanese Algae-eater.
Совет.
Если прудовой воды нет, то вместо нее можно использовать обычную водопроводную, но банку с водой нужно подготовить, по крайней мере, за день раньше, чтобы вода самоочистилась. Для питания креветкам нужны или водоросли из прудовой воды или специальная основа для водорослей, прежде чем растения выработают их самостоятельно.
Шаг 2. Сверление отверстия в крышке банки для лучшей вентиляции
Нужно быть осторожным, сверление стекла может быть очень опасным. Используйте специальное сверло для стекла и очки для защиты глаз.
Шаг 3. Мытье банки
Шаг 4. Дно банки
Насыпьте на дно банки 5 см гальки, песка или гравия. Толщина слоя грунта должна быть достаточной для того, чтобы посадить в нем растения.
Шаг 5. Наполнение банки водой
Наберите из пруда или реки свежую воду.
Шаг 6. Вода в банке
Наполните банку водой наполовину.
Совет.
Если воды из пруда или реки нет, тогда используйте отфильтрованную воду или обычную воду из-под крана. Однако, в этом случае положите на дно банки 1 или 2 специальные «подушечки» основы для водорослей, которые можно приобрести в любом зоомагазине. Количество основ зависит от размеров банки. В течении 24 часов держите банку открытой, чтобы весь хлор испарился.
Шаг 7. Погружение пакета с креветками и/или улитками в банку на 15-30 минут
Это позволит урегулировать температуру в пакете с температурой воды в банке, сводя к минимуму нагрузку на креветки, связанную с резким изменением температуры.
Шаг 8. Высаживание растений в грунт
Шаг 9. Помещение креветок в банку
С помощью сачка достаньте креветки из пакета и аккуратно поместите их в банку.
Шаг 10. Заполнение банки водой
Дополните банку водой из пруда, не доливая до верха примерно 2 см.
Не оставляйте слишком много воздушного пространства в банке, поскольку это приведёт к появлению белых отложений на внутренних стенках банки.
Шаг 11. Наслаждайтесь экосистемой!
Держите банку в доме при комнатной температуре и экосистема будет существовать несколько лет.
Совет.
Избегайте попадания на банку прямого солнечного света, который может привести к чрезмерному размножению водорослей. Кормить креветки совсем не нужно, так как они питаются водорослями. Если не допускать попадание на банку прямых солнечных лучей, то доливать воду в нее не придется.
В случае чрезмерного размножения водорослей, добавьте в банку еще одну креветку или улиток. Со временем экосистема придет в сбалансированное состояние, в котором отходы одного организма будут использоваться в качестве пищи для другого. Это отличный способ продемонстрировать детям, как большая экосистема перерабатывает питательные вещества. Растения перерабатывают углекислый газ, который мы выдыхаем в кислород, а бактерии превращают отходы в питательную почву растений. Люди и животные, в свою очередь, вдыхают кислород и едят растения, а эти питательные вещества усваиваются в тканях.
Для тех же, кому объёма банки мало, предлагаем завести аквариум, и чем больше, тем лучше. Он позволит заняться потрясающим искусством от красоты которого просто перехватывает дыхание.