Выход в космос - это переход в принципиально иную для существования человека среду. Жизнь в межзвездной среде неизбежно наложит отпечаток на физический, духовный и нравственный облик людей.
Эта отдаленная эволюция человека, превращение его в космическое существо будет происходить, по мнению К. Э. Циолковского и В. И. Вернадского, через стадии глубокого изменения энергетических и обменных процессов. Они считали возможным превращение человека в существо автотрофное, т. е. способное, как и растение, питаться органическими веществами и даже получать энергию непосредственно от Солнца.
Будущих представителей рода человеческого К. Э. Циолковский представлял в виде почти бесплотных существ с легкими прозрачными крылышками для улавливания энергии Солнца. Крылья - необычный для человека и очень важный в новых условиях орган. В нем происходят процессы фотосинтеза. Существа свободного космоса, нарисованные фантазией К. Э. Циолковского, не будут нуждаться ни в пище, ни в питье, ни в жилье, летая свободно и существуя безбедно. Они станут жителями Вселенной!
К. Э. Циолковский в своих работах остановился и на вопросах создания надежных систем жизнеобеспечения на космических кораблях. При этом от исходил из необходимости создания на корабле замкнутых экологических систем, повторяющих естественный круговорот веществ, существующих на Земле. Следовательно, речь шла, по существу, о создании маленьких искусственных «террат» (от лат. terra - земля) в космосе. Он же предлагал в длительных полетах применять как для регенерации воздуха, так и для восполнения пищевых запасов, различные растения.
В основе всех творческих поисков создания оптимальных условий жизни и работы в космосе (конечной цели космической биомедицины) лежат представления о влиянии различных факторов космического полета на живой организм (будь то человек, животное или растения). Принято различать три группы таких факторов. Первая группа характеризует космическое пространство как своеобразную среду (вакуум, ионизирующее излучение, метеориты). Вторая - связана с динамикой космического полета (невесомость, вибрации, ускорения). Третья - обусловлена длительным пребыванием человека в герметичных кабинах малого объема (измененная газовая среда и микроклимат, гипокинезия, изоляция, измененный режим жизни, эмоциональное напряжение и многое другое).
Уже этот краткий перечень основных факторов космической среды и космического полета свидетельствует о сложности и ответственности формирования оптимальных условий обитания человека вне Земли.
Для решения вопроса о значимости фактора гравитации применялась система «Биогравистат». В этой системе проростки растений выращивались в небольшой центрифуге. В ходе эксперимента были получены первые обнадеживающие результаты.
Получены также положительные результаты в совместном советско-вьетнамском эксперименте. В приборе «Светоблок» (на станции «Салют-6») выращивали двухнедельные отростки арабидопсиса. Эти растения зацвели на станции. Работа биологов по исследованию растений в условиях космических полетов продолжается. Изучается, в частности, режим солнечного облучения растений.
Для обеспечения экипажей водой в длительных полетах разработана система круговорота воды различными физическими и физико-химическими способами - перегонкой, очисткой ионообменными смолами и т. д. В зависимости от условий и продолжительности полета вода может как поступать из запаса, хранимого на борту корабля, так и восстанавливаться из влагосодержащих отходов. Одним из способов получения питьевой воды из влагосодержащих отходов является окислительно-каталитический метод регенерации воды. В результате окисления органические вещества переходят в углекислый газ, воду, азот, сульфаты и фосфаты, последние два соединения легко удаляются ионообменными смолами.
При непродолжительных космических полетах обеспечение запасами воды на борту корабля требует разработки методов, предотвращающих нарушение химических и органолептических свойств воды, развитие в ней микрофлоры и т. д. С этой целью производят консервирование воды, которое обеспечивает сохранность всех ее свойств.
Для консервирования воды в условиях космического полета применимы следующие способы стерилизации: физические (ультрафиолетовое облучение, воздействие ультразвуком и холодом), биологические (введение антибиотиков) и химические (обработка химическими консервирующими средствами). Наиболее перспективными методами являются химические способы консервирования, в частности препаратами серебра, применяющимися в полетах советских космических кораблей.
В настоящее время проблема обеспечения жизни космонавтов в околоземных полетах всесторонне продумана.
Для создания биотехнических систем с применением растений проводятся обширные исследования по изысканию наиболее приемлемых растений и их сообществ. Сейчас ведутся работы в основном с высшими растениями, хотя не отрицается возможность использования и низших растений, например хлореллы.
В целом современные системы жизнеобеспечения (СОЖ) подразделяются на следующие звенья: низшие автотрофные организмы (одноклеточные водоросли), высшие автотрофные растения, низшие гетеротрофные организмы (дрожжи, бактерии, зоопланктон и др.) и высшие гетеротрофные животные (мелкие животные и птицы), выделяется также звено физико-химической трансформации. Получаемые в таких СОЖ продукты питания нуждаются в последующей технологической переработке для разрушения клеточных оболочек, удаления пигмента и т. д.
Среди одноклеточных водорослей пищевая ценность биомассы наиболее полно изучена у представителей протококковых водорослей - хлореллы. При выращивании этих водорослей в обычных условиях их состав следующий: белков - 50%, углеводов - 32%, жиров - 13%. Биомасса протококковых водорослей содержит различные витамины: группу В (в том числе B1, PP, К, С и др.). Усвояемость одноклеточных водорослей, установленная в опытах на крысах, составляет 60-70%. Более полному усвоению пищевых продуктов препятствует наличие у одноклеточных водорослей оболочек, устойчивых к действию пищеварительных ферментов высших плотоядных животных и человека. Разрушение клеточных оболочек и удаление пигментов повышают усвоение биомассы. Однако включение ее в рацион человека в больших количествах (50, 100, 150 г сухой биомассы в сутки) нежелательно, так как вызывает ряд диспепсических явлений (отрыжка, метеоризм, тошнота и др.). Для выращивания в космической оранжерее, кроме одноклеточных водорослей, наиболее перспективны и высшие растения: картофель, батат, сахарная свекла, морковь, редис, капуста (китайская и белокочанная), салат, шпинат, томаты, укроп, арахис.
Специалисты усиленно работают над использованием растений в биотехнических СОЖ. Так, на космической станции «Салют-6» интенсивно изучались эти возможности. Проводились эксперименты с системами «Малахит», «Оазис», «Биогравистат», «Вазон» и др.
Космонавты находятся в кабинах космических кораблей в атмосфере, по своему составу приближающейся к привычной земной: общее давление - 750-770 мм рт.ст., содержание кислорода около 21%, содержание углекислого газа около 0,03%. Воздух кабины непрерывно очищается. Его влажность и температура также поддерживаются в пределах привычных параметров. Правда, температура воздуха несколько выше обычной - 25-26°С, что сделано по просьбе космонавтов. Вода и пища поступают при многомесячных космических вахтах на орбитальные станции по мере необходимости с помощью транспортных кораблей. Отработана и система удаления отбросов путем шлюзования их в открытый космос. Решаются вопросы и гигиенического характера (умывание, душ, бритье, чистка зубов и т.д.), как правило с применением определенных технических устройств (например, применение микропылесоса при бритье электрической бритвой).
Все возрастающий объем задач обеспечения жизнедеятельности космонавтов на борту космического корабля и орбитальной станции, с одной стороны, и постоянно усиливающееся включение жизнедеятельности всего человечества в космические процессы и явления, с другой стороны, трансформируют земную экологию человека в экологию космическую.
Таким образом, на наших глазах идет интенсивное (научное и практическое) освоение околоземного космического пространства, происходит становление новой сферы, которую Л. И. Егоренков называет супербиосферой.
Супербиосфера является объектом изучения многих наук, в том числе и современной геоэкологии, позволяющей установить связь между человеком, биосферой и космосом.
И не случайно зарождение геоэкологии происходило в годы наибольшего за всю историю проникновения человека в космос. Исследуя структуру (уровень) и динамику (функции) живой и «косной» материи в окружающей среде, современная геоэкология понимает под последней все пространство материальной и мыслительной деятельности.
Геоэкология, как и все традиционно земные науки, получает сегодня дальнейшее развитие благодаря притоку новой, космической информации.
В этой связи, супербиосфера, функционирующие в ней Искусственные экосистемы (космические станции) являются как научной лабораторией для более глубокого и широкого изучения явлений, происходящих в земной биосфере, так и Плацдармом для освоения дальнего космоса, проникновения Па планеты Солнечной системы, выявления оптимальных Для заселения зон околосолнечного и даже галактического пространства.
С точки зрения возможности существования жизни весьма интересны планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В их атмосферах имеются все элементы, необходимые для построения белковых тел. Из-за обилия водорода там не может быть свободного кислорода, но последний имеется в связанном состоянии в воде. Солнечного света эти планеты получают мало, но там имеются собственные источники энергии - тепло приходит из глубоких недр.
Дайте определение экологического потенциала ландшафта.
В чем заключается сущность закона В.И.Вернадского?
Кто открыл первую биокосную систему Земли?
Назовите основные миграционные циклы в биосфере.
В чем заключается принцип Ле Шателье-Брауна?
Кто впервые разработал математические модели для изучения процессов в биосфере?
С чем в значительной мере связано ядовитое действие ионов тяжелых металлов на живые организмы?
Чем вызвано современное состояние дестабилизации биосферы?