Биология в космосе. Экосистемы - масштабная неудача
Конечно, хорошо, что заботятся о физиологии и психологии космонавтов, но и кушать хочется даже в космосе. А чем кормить космонавтов на орбите или, особенно, при очень длительных перелётах к другим планетам или даже звёздам? Не будешь же брать вагон тушёнки и два вагона картошки. Есть выход: создавать экосистему, в которой будет расти еда. А заодно утилизироваться углекислый газ, выдыхаемый людьми, и производиться кислород, нужный всё тем же людям.
Относительные экосистемы - моё давнее увлечение. И несколько лет и хобби - пытаюсь создать экосистему в аквариуме. Так что уверенно вам заявляю, как биолог и как обладатель экосистемного хобби, создать устойчивую экосистему ох как непросто. Тому есть ряд причин.
Отсюда
Для устойчивости нужно биоразнообразие: чем больше видов, тем устойчивее система. Если у нас система из трёх видов - трава, заяц, волк - то уменьшение или увеличение численности любого из них может привести к гибели всей системы. Очень сложно настроить малокомпонентную систему так, чтобы она долго находилась в равновесном состоянии. Добавление новых видов увеличивает устойчивость.
Для биоразнообразие нужно разнообразие ниш: грубо говоря, чтобы у всех была своя норка и у всех были бы свои особенные пищевые предпочтения. Волк и лиса - хищники, живущие в одном и том же лесу, но питаются они немного разной добычей, потому меньше влияют на численность определённого вида добычи: страдают не только зайцы, но и мыши (от лис) и лоси (от волков).
Отсюда
Это всё к тому, что в космосе очень ограниченное пространство и возможности, следовательно, практически невозможно сделать развитую и разнообразную экосистему, которая сможет просуществовать длительное время без строгого наблюдения и контроля. А космонавты зачастую не имеют ни образования, ни возможности регулировать численность и состав видов в своей микроэкосистеме. Однако почти на всех космических станциях придуманы микроогороды, микрофермы - для практических нужд и исследований. Например, в эксперименте "Марс-500", о котором мы говорили в прошлый раз, довольно большая площадь была отведена под экспериментальную оранжерею. На МКС тоже выращивают растения.
Всё перечисленное не совсем экосистемы, лишь первые попытки. Более полноценные эксперименты по созданию небольших замкнутых экосистем проводили на Земле. Совсем маленькие - герметично запаянный стеклянный сосуд - нас сейчас не очень интересуют. Хотя они бывают очень интересные.
Отсюда
Были более глобальные эксперименты, как раз нацеленные на имитацию того, что можно сделать в космических аппаратах. Не первый, но самый пафосный эксперимент поставили в США в 1991 году. Назывался он "Биосфера-2" - с намёком, что это вторая биосфера, после земной. Масштабно начали и так же масштабно провалились. Хотя идея была красивая.
Внешний вид комплекса
1,5 га площади, разделённые на отсеки с разными экосистемами: тропический лес, саванна, пустыня, мангровый лес, мини океан. С точки зрения разнообразия - весьма неплохо. Говорят, что ввели в систему около 3000 видов животных и растений, среди которых были свиньи, козы, куры, рыбы, креветки. И восемь человек. Рассчитывали, что будет полный цикл, круговорот веществ как в большой биосфере.
Блоки «Саванна» и «Океан»
Из курьёзов: через две недели одна из участниц отрезала себе палец на сельскохозяйственных работах, и её пришлось исключить из эксперимента (участники не смогли ей пришить палец на место). Это была лишь первая проблема.
Очень быстро стала падать концентрация кислорода - 0,5% в месяц. Это очень много: в нормальной атмосфере 21% кислорода, а падение до 16-17% вызывает нарушения в работе организма человека. Создатели "Биосферы-2" вроде бы рассчитали, что растений должно хватать для восстановления кислорода, но что-то пошло не так - начали очень активно размножаться бактерии, грибы и насекомые, в том числе муравьи и тараканы. От микроорганизмов стали гибнуть всходы и взрослые растения. Чтобы не прерывать эксперимент, пришлось закачивать дополнительный кислород. Из-за гибели всходов, пришлось внести и продукты - хотя этот факт сначала скрывали, так как он означал полный провал проекта. Который и произошёл в 1993 году, когда стало невозможно скрывать проблемы с экосистемой. Интересно отметить, что у небольшой группы подопытных, что жили в этой "Биосфере-2" возникли психологические проблемы - они разделились на два враждующих лагеря, что мешало проведению эксперимента, причём поссорились так, что в течение 20 лет после эксперимента продолжают избегать встреч. На Марсе они бы так же себя вели, интересно?
Были ещё попытки использовать этот комплекс, но всё кончилось экспериментом без людей, который был нацелен на изучение жизни растений про повышенной концентрации углекислого газа. Ещё одним важным выводом этих экспериментов стало то, что в замкнутых помещениях не хватает ветра - без него деревья и все крупные растения становятся хрупкими, начинают легко ломаться.