Статья "Выращивание растений на Марсе"

ВЫРАЩИВАНИЕ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ТЕРРАФОРМИРОВАНИЯ МАРСА.  Ибрагимов А., Карапиден А. ученики 6 класса Хамитова Г.К.  учитель биологии ГУ «Гимназия №3 для одаренных детей» г. Павлодар   её заблаговременно   Мне нравится участвовать в проектах, которые меняют мир.  Космос изменит мир больше, чем, что бы то ни было.  Если человечество сможет выйти за пределы Земли,  то там и будет его будущее.                                                                                                                                    Илон  Мас к            Земля – общий дом для более, чем семи миллиардов человек. Как утверждают ученые,   пищи   и   ресурсов   хватит   ещё   надолго,   да   и   перенаселение   пока   что   нам  не грозит.   Однако  учёные   уверены,   что  вечно  такая   относительная   идиллия  не   сможет продержаться, и пусть не в ближайшее время, но когда­то наша планета перестанет быть пригодной   для   жизни.   Это   может   быть   результатом   глобального   катаклизма   или космического   воздействия.   Каков   же   выход   для   человека?   Найти   пригодную   для проживания   планету,   для   этого   подготовив. Именно Марс претендует на планету, которую человек колонизирует первой.  Красная планета в наибольшей степени подходит для создания пригодных для жизни человека   условий.  Неоспоримым   преимуществом   Марса   является   возможность производства   пищевых   ресурсов,   кислорода   и   стройматериалов   на   месте.   Всё   это позволит   осуществить   задачу   терраформирования,   что   в   конечном   итоге   позволит создать   земные   условия.   Человеку   будет   гораздо   проще   привыкнуть   к   марсианским суткам, которые составляют 24 часа и 39 минут. Животные и растения так же могут адаптироваться   к   таким   условиям.   На   Марсе   точно   есть   вода.   Это   подтверждают последние   исследования   НАСА.   А   вода   –   это   жизнь!   Она,   правда,   в   замороженном состоянии,   но   есть   предположение,   что   на   Марсе   обширные   подземные   запасы. Марсианская почва при дополнительной обработке пригодна к выращиванию земных растений. [1]           Нас заинтересовала эта тема тем, что   проблема изучения приспособленности и выращивания растений на орбите Земли и других планетах, одна из самых важных в создании среды обитания человека в длительных космических экспедициях и в условиях колонизации   других   планет.   На   сегодняшний   день   только   растения   способны производить органические вещества, необходимые для питания всех живых организмов. Только растения поглощают углекислый газ, очищают воздух и   насыщают атмосферу кислородом. Мы подумали, что  если попытаться вырастить растения в имитированном  марсианском грунте, то можно предположить возможность   выращивания их в   реальных условиях Марса. Мы решили изучить  данные о «красной планете»; найти методики проведения биологических экспериментов по выращиванию растений в условиях приближенных к марсианским.   Нам   необходимо     познакомится   с   передовыми   технологиями, позволяющими выращивать растения в условиях Марса;     создать модель и провести эксперимент  с растениями в условиях имитированного марсианского грунта;  собрать информацию о конструкциях космических парников, теплиц и других приспособлений, используемых   для   выращивания   растений;     разработать   свою   модель   марсианского парника. Мы планируем провести эксперименты по выращиванию цианобактерий и растений в искусственно   созданных   условиях   Марса   и   построить   саморазворачивающуюся конструкцию для выращивания растений в марсианских условиях. Думаем,   что   результаты   исследования     помогут   расширить   представления   о выращивании растений в условиях Марса с целью выделения   жизненно необходимого кислорода и обеспечения питанием будущих колонизаторов.             Причин для поисков новых территорий и колонизации других планет множество, но   основная   проблема   эта   грядущее   перенаселение   планеты   Земля   и   истощение природных ресурсов. Наличие атмосферы, ледников, геологическая структура делают Марс  привлекательным  для  терраформирования  –  рукотворного  приближения   среды обитания   к земной. Колонизация Марса выглядит более реалистичной, чем попытки освоить Луну или Венеру. Если  придерживаться исключительно научной точки зрения, Марс наиболее привлекателен тем, что на Марсе есть вода, в виде ледников на полюсах это доказанный факт, хотя их природу всё ещё необходимо установить.   Найденные силуэты на грунте напоминают очертания земных рек, что может быть доказательством схожего ландшафта в прошлом.   Периодически поступают сведения об обнаружении окаменелостей бактерий и прочих простейших организмов на Марсе. [2]             По результатам наблюдений с Земли и данным космического ап  парата «Марс­ экспресс»   в   атмосфере   Марса   обнаружен метан.   Позднее,   в   2014   году,   марсоход НАСА Curiosity зафиксировал всплеск содержания метана в атмосфере Марса. В усло­ виях Марса метан довольно быстро разлагается, поэтому должен существовать посто­ янный источник его пополнения. Таким источником может быть жизнедеятельность бактерий,   т.к. действующих вулканов   на Марсе не обнаружено. В 2018 году были опубликованы данные о сезонных изменениях концентрации метана на Марсе. На фотографиях, сделанных марсоходом Curiosity, найдены объекты, обладающие суще­ ственным сходством с «постройками» ци   анобак    на Земле. Это может свидетельствовать о жизнедеятельности микроорганизмов на дне марсианских водоемов в далеком прошлом. Исследование в этой области провела геобиолог Нора Ноффке из Университета Старого Доминиона. Цианобактериальные маты — это многослойное со­ общество бактерий, которое в результате своей жизнедеятельности формирует из твер­ дых   частиц   два   вида   особых   структур,   или   «построек»: строматолиты и MISS  (Microbially Induced Sedimentary Structures) Тесты, проведённые в рамках программы «Феникс», показали, что почва имеет очень щелочной pH фактор и содержит магний, натрий, калий и хлорид. Питательных веществ  ных матов . [3]   те   ри   аль в почве достаточно для поддержания жизни, однако жизненные формы должны иметь защиту от интенсивного ультрафиолетового света. Интересно,   что   в   некоторых   метеоритах   марсианского   происхождения   обнаружены образования,   по   форме   напоминающие   простейших   бактерий,   хотя   и   уступают мельчайшим земным организмам  по размерам. Одним из  таких метеоритов является ALH   84001,   найденный   в   Антарктиде   в   1984   году.   Эти   научные   факты   являются косвенным доказательством возможности возродить жизнь на Марсе. [4]            Нас очень заинтересовала проблема терраформирования Марса. У нас возникло несколько   идей   по   проведению   экспериментов,   способных   доказать   пригодность марсианского   грунта   для     выращивания   водорослей   и   высших   растений   в   условиях Марса.           Ученые утверждают, что некоторые виды цианобактерий смогут существовать в реальных условиях Марса. В процессе интенсивного размножения они будут покрывать поверхность Марса в виде «корки» это создаст условия для «заякоривания»  пылевых частиц (на Марсе часто происходят пыльные бури) и самое главное будет уменьшаться количество углекислого газа и увеличиваться объем кислорода. В течение некоторого времени   произойдут     изменения   атмосферы   и   почвенного   состава   (обогащение органикой), что создаст условия для произрастания других растений и возможно более комфортного проживания первых колонистов.  Последние   исследования   ученых   из   Австралийского   национального   университета  показывают, что в случае с цианобактерией C. thermis фотосинтез продолжается на длинах волн до 750 нанометров и низких температурах. Вывод не только представляет собой   значительное   расширение   предела   фотосинтеза   при   низком   уровне интенсивности света. Он также описывает систему, которая может функционировать с использованием   гораздо   меньшего   количества   солнечных   лучей. Исследователи называют   это   «беспрецедентной   низкоэнергетической   фотосистемой».[5]           Мы  сейчас находимся на стадии разработки  установки, состоящей из сосуда, в котором будут находиться цианобактерии в водной среде с необходимыми веществами (из Интернета мы нашли  несколько вариантов смесей для начальной пробы раствора). Через   стеклянную   трубку   мы   будем   пропускать   углекислый   газ,   который   будет растворяться   в   воде   и   обеспечивать   фотосинтез   у   цианобактерий.   Кислород, образующийся   в   результате   фотосинтеза,   будет   выделяться   через   специальные отверстия в сосуде. Через эти отверстия мы будем делать забор воды для определения рН   раствора   (т.к.   фотосинтез   у   цианобактерий   происходит   при   рН   выше   7,5)   и добавления необходимых минеральных веществ. Интенсивность фотосинтеза мы будем определять по рН раствора. Для его определния мы будем использовать лабораторное оборудование   компании   Pasko,   которое   имеется   у   нас   в   лаборатории   кабинета биологии гимназии.   Необходимо учесть, что на Марсе атмосферное давление ниже, чем на Земле и вода и водоросли будут «всплывать», поэтому мы продумаем механизм, создающий центробежную силу, осаждающий их на дно сосуда. Таким образом,   мы надеемся   протестировать   цианобактерии   в   различных   условиях   в   изолированном «фотобиореакторе» и пронаблюдать за их активностью, чтобы определить наилучший рабочий раствор для Марса. Рис.1. Выращивание цианобактерий в «фотобиореакторе» Что   бы   вырастить   растения   в   условиях   защищенного   грунта   мы   хотим   провести эксперимент направленный на выращивание высших растений в искусственно  созданной марсианской   почве   (   25%  кремнезема,   оксида   железа,магний,   кальций,   натрий,   сера, алюминий, хлор). Для этого мы решили взять простой базальт и купить через Интернет вулканический туф, затем смешать с основными веществами марсианской почвы. Мы собираемся посеять  семена неприхотливых растений салата и гороха. Предварительно мы   произведем   закалку   семян,   замочим   их   в   растворе   имитирующим   состав   солей марсианской почвы, подвергнем заморозке, а затем высадим их в «марсианскую» почву. Нам необходимо продумать освещение и температурный режим т.к. на Марсе они ниже, чем   на   Земле.   Для   этого   мы   собираемся   использовать   светодиодные   лампы   и холодильную камеру. Наша задача вырастить растения в таких условиях и добиться их цветения и плодоношения. В дальнейшем мы думаем заняться разведением молодых почек выращенных растений в питательных средах с составом   соленой марсианской почвы. С целью фиксации приобретенных свойств растений.           Завершит  нашу работу разработка специальной энергосберегающей и защищенной от УФ лучей  динамичной  конструкции  для выращивания  растений,  в которой  будет утилизироваться биологические отходы колонистов (моча и фекалии), использованная вода   и   части   отмерших   растений   и   подвергаться   вторичной   обработке.   В   данной конструкции   могут   быть   использованы   цианобактерии   способные   выполнять   две функции: фотосинтезирующую и азотфиксирующую.           Мы ожидаем, что в процессе эксперимента у нас возникнут проблемы, которые будет необходимо решать, и мы надеемся на сотрудничество с учеными Павлодарских университетов. В заключение, предполагая положительные результаты нашей работы,  мы считаем, что возможно создать легко собираемые в условиях другой планеты конструкции,   в которых можно будет выращивать растения не только с целью получения питания, но и создания кислорода необходимого для дыхания. ЛИТЕРАТУРА:  1. Б.А. Воронцов – Вельяминов «Очерки о вселенной» ­ М.: Наука, 1980. С 108­139. 2. И.А. Комаров,В.С. Исаев «Криология Марса и других планет солнечной системы».­     М.: Научный мир,2010г. С.19­55. 3.СиренкоЛ.А., Козицкая В.Н. Биологически активные вещества водорослей и качество      воды. – К.,1988.С.10­16. 4. https://znay.co/ 5. http://topor.info/tops/planety­dlya­kolonizacii 6. http://www.bigpo.ru/potra/Солнечная система