«Растения в космосе» или «Огород на орбите»
Введение
Полет
человека в околоземное космическое пространство – это величайшее событие не
только XX века, но и всей истории человечества.
Полет
Гагарина показал, что человек может летать в космос, может сохранять
работоспособность и нормальное психическое состояние на всех этапах
космического полета.
С
начала космической эры пройдена огромная дистанция от 108 мин. Юрия Гагарина до
438 суток работы в космосе врача-космонавта Валерия Полякова. Общее время
работы космонавтов на орбите уже превысила 42 года. Масштабы работ в космосе
растут. Расширяется программа комплексных научных и прикладных исследований и
экспериментов на пилотируемых орбитальных станциях: в области внеатмосферной
астрономии, медицины, биологии, космической технологии, контроля природных
ресурсов Земли. Увеличивается объем операций, проводимых на станциях: сборочные
и монтажные работы по развертыванию крупногабаритных космических конструкций,
ремонту спутников, обслуживанию межорбитальных буксиров.
Технические
задачи определяют облик постоянно действующего орбитального комплекса. В его
состав будут входить научно-исследовательские лаборатории, специализированные
модули комфортабельные жилые блоки, мощная энергоустановка, заправочная станция,
ремонтные мастерские, строительные площадки для сборки крупногабаритных
конструкций (антенн, панелей солнечных батарей, базовых). Численностью экипажа составляет
9—12 человек.
Наряду
с техническими возможностями предстоит создать более биологически полноценную и
экологически обоснованную среду обитания, адекватную долговременным
биологическим потребностям человека. На борту марсианского космического корабля
необходимо создать аналог земной биосферы, активными компонентами которого будут
человек, животные, растения, микроорганизмы. При этом на смену существующим
системам придут системы жизнеобеспечения замкнутого цикла – круговорот веществ.
В
связи с этим возникает необходимость углубленного изучения механизмов влияния
условий космического полета, прежде всего невесомости, на процессы
жизнедеятельности организмов различного уровня организации (микроорганизмы,
грибы, высшие растения, насекомые, рыбы, земноводные и млекопитающие).
Актуальность.
Изучив соответствующую литературу, я пришла к выводу, что проблема изучения
приспособленности и выращивания растений на орбите, одна из самых важных в
создании среды обитания человека в длительных космических экспедициях. Только
растения способны производить органические вещества, необходимые для питания
всех живых организмов. Только растения поглощают углекислый газ, очищают воздух
и насыщают атмосферу кислородом.
Растения
– главное звено в создании земной биосферы.
Цель:
изучить результаты эколого-биологического эксперимента по выращиванию растений
на борту международной космической станции.
Задачи:
o
Выяснить условия и методы проведения
эколого-биологических экспериментов по выращиванию растений на борту МКС;
o
познакомится с устройствами, позволяющими
выращивать растения в условиях невесомости;
o
изучить замкнутый биолого-технический
комплекс для выращивания растений на борту МКС;
o
понять возможно ли использовать полученные
знания для практического применения и проектирования решения экологических
проблем.
Объект
исследования: биологические эксперименты на МКС.
Предмет
исследования: выращивание
растений в условиях невесомости.
Методы
исследования:
1.
Изучение специальной литературы, интернет –ресурсов.
2.
Обобщение и систематизация материала по данной теме.
Гипотеза:
растения на борту космической станции обеспечат
экипаж пищей, воздухом, создадут экологический и психологический
микроклимат.
Основная
часть «Растения в космосе»
Лабораторные
исследование
Идея
выращивать растения в космосе принадлежит Константину Циолковскому. Задолго до
начала пилотируемых полётов он заявил, что зеленая флора в будущем станет
главным источником питания и поддержания состава атмосферы на космических
кораблях.
На
растения в космическом пространстве действует ряд факторов, отсутствующих в
земных условиях. Один из них — невесомость. Как растения переносят невесомость?
Будут ли они нормально расти и развиваться в условиях космического полета? Вот
почему ученые задумывались над ними еще до того, как был осуществлен полет
человека в космос.
В
лабораторных условиях невесомость имитируется вращением горизонтально
расположенных растений вокруг своей продольной оси с помощью особого прибора —
клиностата. Растение, вращаемое на клиностате, все время испытывает влияние
земного притяжения, но не с одной стороны, а с разных. Вследствие этого оно
растет горизонтально, тогда как без вращения корень изгибается вниз, а стебель
— вверх.
Установлено,
что «невесомость» подобного рода не сказалась на прорастании семян, однако в
дальнейшем растения заметно отставали в развитии от экземпляров, находившихся в
стационарных условиях или вращаемых вокруг вертикальной оси. Хотя внешние
признаки отклонения от нормы отсутствовали, однако 35—40 процентов опытных
растений начинали быстро желтеть.
Первые
эксперименты по выращиванию растений в космосе
Для
проведения экспериментов с растениями на космических станциях инженеры
разработали ряд приборов, которые совершенствуются до сих пор. Первые попытки
выращивания растений проводились в простых фитокассетах.
Проведенные
в космосе опыты показали, что прорастание и первые фазы роста всходов гороха и
пшеницы проходят без существенных отклонений от нормы, разница лишь в том, что
земные проростки, испытывающие силу тяжести, ориентированы определенным
образом: их стебельки располагаются параллельно друг другу. Иная картина в
космосе: проростки хаотично тянутся во все стороны.
Успешно
перенесли кратковременное пребывание в космосе лук, морковь, салат, огурцы,
горчица, бобы. Вернувшись на Землю, они продолжали развиваться без существенных
отклонений от нормы. Однако длительное пребывание в условиях невесомости
оказало на них губительное воздействие: через две-три недели они начинали
увядать, подобно тому, как они погибали на клиностате.
Космонавты
В. Коваленок и А. Иванченков выращивали на орбитальной станции Салют - 6 резушку
Таля (Arabidopsis tha- liana) — крошечное неприхотливое растение из семейства
крестоцветных, встречающееся на железнодорожных насыпях. В земных условиях весь
его жизненный цикл (от семени до семени) завершается всего за месяц. В космосе
семена резушки успешно прорастали. У проростков формировались корни, стебли и
листья. Однако, когда дело дошло до цветения, растения погибли.
На
орбитальной станции «Салют-6» космонавты в соответствии с программой
исследований, составленной учеными Московского государственного университета
им. М. В. Ломоносова, изучали влияние факторов космического полета на рост
грибов. Обычно их плодовые тела формируются в направлении, противоположном вектору
силы тяжести. Ученые решили проверить, нельзя ли при помощи света
компенсировать отсутствие гравитации. Эксперименты показали, что в некоторой
степени это возможно. Так, на свету грибы образовывали плодовые тела, но
значительно меньших размеров и неправильной формы — их ножки завивались вокруг
оси. В то же время в темноте грибы не формировали плодовых тел.
Операция «Орхидея»
Добиться
в космосе цветения растений было весьма заманчиво. Ввыбор остановили на
эпифитных тропических орхидеях. Ботаники полагали, что эпифигный, то есть
неназемный, образ жизни орхидей должен ослабить геотропическую реакцию. Ведь
закрепление их корней в расщелинах коры, дуплах, развилках ветвей обусловлено
прежде всего присутствием питательных веществ и воды. Корни орхидей способны
расти в боковых направлениях и даже вверх в поисках подходящего субстрата. Эти
растения обладают рекордной длительностью цветения — до шести месяцев. С учетом
этих положений и было отобрано восемь видов орхидей.
Сконструировали,
изготовили и испытали систему «Малахит-2» — фитокассету с двумя светильниками и
четырьмя пеналами для растений. Пеналы заправили искусственной ионообменной
почвой, которая в свое время была разработана для опытов в комплексе «Биос», а
затем использовалась в установках «Оазис» и «Вазон».
Космонавты
В. Рюмин и Л. Попов уже работают с «Малахитом» на борту орбитальной станции
«Салют-6». Часть орхидей послали в космос расцветшими. Цветы опали почти сразу
же, но сами растения дали прирост, у них образовались не только новые листья,
но и воздушные корни. Даже без цветов они радовали космонавтов своей зеленью. Одно
сознание того, что рядом с ними растения растут так же, как и на Земле,
радовало космонавтов.
30
июля 1980 года В. Рюмин в телерепортаже сказал: «У нас есть система с
растениями «Малахит». Так вот к прилету нашего друга Фам Туана из Вьетнама в
ней даже цветок вырос». И он показал этот цветок.
Он
был... искусно сделан космонавтами из бумаги.
Операция
«Орхидея» многому научила. Хотя экзотические растения в космосе не зацвели, в
отличие от своих наземных дублеров, почти непрерывно покрытых в течение всего
эксперимента в контрольном «Малахите» яркими цветами, они продержались на
«Салюте-6» почти полгода. Но стоило им вернуться в оранжерею ботанического сада
на Земле, как растения сразу же вновь покрылись цветами.
Космические первоцветы
Существует
ли выход из сложившейся ситуации? Да, есть. Он заключается в создании на
космических летательных аппаратах искусственной силы тяжести. Об этом писал еще
К. Э. Циолковский в работе «Цели воздухоплавания».
На
борту орбитальной станции «Салют-7» отсутствие привычной для растений земной
тяжести компенсировали центробежной силой, возникающей при вращении, и
определенной формой магнитного поля. Для этого использовали установки
«Биогравистат» и «Магнитогравистат». Космонавты стали свидетелями
знаменательного события — в установке «Фитон» растение резушка Таля впервые
прошло в космосе полный цикл развития — от семени до семени.
Чтобы
помочь растениям справиться с невесомостью в установке «Оазис» применили электрическое
поле подобное электромагнитному полю Земли. Прибывшей
на станцию Светлане Савицкой космонавты вручили небольшой букетик из цветов резушки
Таля.
Огород на орбите
Сегодня
экспериментами с растениями занимается Институт медико-биологических проблем и
все экипажи МКС. Для космонавтов, огородничество на орбите еще и источник
хорошего настроения. Подготовка
семян начинается еще на земле, и на орбиту они поставляются уже готовые к
выращиванию. Основные растения для космонавтов: пшеница, горох и салат. Невесомость
и гравитация никак не сказывается на всхожести растений. Выращивание
нескольких поколений этих культур на орбите показало, что они не подвергаются
генетическим изменениям и мутациям, и пригодны для выращивания и потребления в
условиях длительных космических полётов. За время исследований было получено
четыре вегетации гороха. Растения в каждом следующем поколении показали тот же
уровень урожайности и репродуктивности.
В
2015 году в обновленной оранжерее космонавты начали культивировать такие
культуры как рис, томаты и сладкий перец: их еще никогда не выращивали в
космосе. Полученные данные будут необходимы для обеспечения биокультурами
экипажей длительных экспедиций, в том числе и для полетов к Марсу.
К внеземным оранжереям
будущего
На
протяжении полутора лет на МКС проводился эксперимент, призванный выяснить,
способны ли живые организмы выжить в условиях открытого космоса. В 2008 году
ученые отправили на орбиту комплект различных биологических материалов: споры
бактерий, семена, лишайники.
Образцы
были помещены на наружной поверхности космической станции в специальном
штативе. На протяжении всех полутора лет они постоянно подвергались воздействию
жесткого излучения и огромным перепадам температур. В 2009-м году образцы были
возвращены на Землю и переданы для лабораторных исследований. Самыми
выносливыми из всех организмов, побывавших в космосе, оказались лишайники.
Многие из них выжили и продолжили нормальный рост по возвращении на Землю.
Этот
эксперимент показал, что идея об освоении и заселении других планет вполне
реальна.
Заключение
Зеленое растение — необходимое звено замкнутой системы жизнеобеспечения в
космосе. Именно оно должно снабжать космонавтов свежей, богатой витаминами
пищей, производить кислород, поглощать углекислый газ. Научиться выращивать
растения в невесомости очень важно уже сейчас, без этого совершенно не обойтись
на длительно действующих станциях или при межпланетных полетах.
В
ходе эксперимента ученые исследуют и воздействие растений на психическое
состояние человека в условиях изоляции. Много лет собирают высказывания
космонавтов о благотворном влиянии растений на психику. Такие эксперименты
могут способствовать поддержанию хорошего морального состояния членов экипажа в
течение длительного периода времени пребывания в космосе.
Исследование
устойчивости земных организмов к условиям открытого космоса имеет большое
практическое и научное значение. Живучие организмы ученые смогут использовать
для подготовки к заселению других планет. Кроме того, обнаруженная у лишайников
устойчивость к солнечной радиации уже заинтересовала компании, производящие
солнцезащитные кремы.
Понимание
важности и пользы выращивания растений в космосе позволит продолжить
эксперимент и в дальнейшем расширить возможности освоение космоса.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.