Проект И на Марсе будут яблони цвести

МОУ «СОШ села Поповка Саратовского района Саратовской области»

«И на Марсе будут яблони цвести…» медико-биологический проект

Работу выполнили:

Дангаева Милана (10 кл.)

Назьмова Светлана (10 кл)

Свиридова Татьяна (10 кл.)

Куценко Виктория (10 кл.)

Финогентова Кристина(10 кл.)

Руководитель:

Кухта Наталия Александровна

2011г

Содержание

Введение

1. Водоросль хлорелла

2. Вкусовые качества - последняя проблема

3. Хлеб и космос, или На орбите заколосилась пшеница

2. На Марсе будут яблоки цвести

3. Используемые источники

ВВЕДЕНИЕ

«Настоящий, волчий аппетит… бывает после физических движений, например после охоты с гончими, или когда отмахаешь на обывательских верст сто без передышки…» - так писал Чехов.
А помните, как Амундсен рассказывал о своей экспедиции на полюс? Добирались на собаках. Еда кончилась. Четвероногих помощников съели…
Романтика странствий прошлых лет? Возможно. Но проблема питания не менее актуальна и для путешествующих в Космосе. Правда, там она значительно усложняется.
Прежде всего как есть?

Сначала даже не знали, можно ли вообще что-либо глотать. Раз нет тяжести, то, может, пища не пройдет в желудок? А может от неосторожного движения вдруг поднимется по пищеводу и вырвется через рот обратно?
Оказалось, не так. Перистальтика, то есть движения стенок пищевода, желудка, кишок, уверенно гнала пищу по законным путям.

Работа пищеварительного тракта зависит от питания, поэтому меню космонавта должно быть сбалансировано по всем показателям: питательным веществам, солям, витаминам. Существует базовый рацион, который формируется наполовину из российских продуктов, наполовину из американских. Но есть и буфет, в который продукты подбираются с учетом вкусов каждого члена экипажа, и каждый раз варьируются. Официально алкоголь на борту не разрешен.

Несмотря на все усилия врачей, питание - это тот пункт, который всегда вызывает недовольство космонавтов. Все, что берется в полет, довольно быстро приедается.

Проблема в условиях невесомости и с моторикой кишечника, которая зависит от механического фактора воздействия пищи, то есть кишечник реагирует не только на наполнение, но и на вес той пищи, которая находится в нем. За моторикой кишечника космонавты внимательно следят. Они принимают бифидобактерии, пищевые добавки, клетчатку.

Одним из самых важных устройств на космическом корабле считается туалет. Если он ломается, то появляются очень большие сложности.
А будет ли аппетит в Космосе? Полет Гагарина не помог решить этой проблемы. За 108 минут полета он не успел проголодаться. Правда, эксперимента ради он поел. А вот Титов успел себе нагулять (или налетать) аппетит. Ел он уже не только для эксперимента - попросту есть хотелось.
В условиях невесомости воду в стакан не нальешь. Каша рассыпается по крупинкам. А жареная курица будет порхать по кабине вопреки утверждению, что «курица не птица». Значит, питаться надо из чего-то закрытого. Непосредственно в рот. Без пересадочных станций в виде ложек и вилок. Жидкость, например, должна всасываться из особых трубок.
Но один жидкий рацион для питания не годится. Поэтому пища в виде паст упаковывается в тюбики. Оттуда ее выдавливают прямо в рот.
Для кратковременных, приземных космических полетов эту проблему можно считать решенной.
А для длительных? И тюбики в зубы и трубки в губы - очень уж тоскливо для здорового человека, у которого в Космосе, как показала практика, аппетит великолепный. А для того чтобы добраться, например, до ближайшей планеты - Венеры, потребуется несколько месяцев пути. Ближайшая планета! И в пути, разумеется, ни столовых, ни ресторанов.

Объектом исследования является проблема питания космонавтов в космосе.

Цель исследования заключается в исследовании получения продуктов питания, которые возможно вырастить в космосе. Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

1. Изучение литературы по заявленной теме.

Гипотезой исследования послужили следующие предположения:

1. Атмосфера Марса может относительно легко использоваться для выращивания зерна или овощных культур, а вырабатываемый при этом кислород вместе с привезенным водородом может использоваться для получения воды;

2. Если утверждения о наличии льда на Луне соответствуют действительности, ведение сельского хозяйства в космосе может стать реальностью.

1. Водоросль хлорелла

Проблему питания в дальних перелетах надо решать непосредственно на кораблях. Конечно, проще создавать вегетарианскую пищу. Выращивать растения на космическом корабле можно, хоть и сложно. Высшие растения здесь не подойдут - для них необходимы земные условия.
А вот водоросли менее привередливы. Они и кислород выделяют в достаточном количестве. А как некоторые из них размножаются! За сутки могут увеличить свой вес в семь раз!
Из питательной среды, содержащей азот, они синтезируют в большом количестве жиры, белки, углеводы, многие витамины. Водоросли вообще находка не только для космического корабля типа «Восток», но и для такого космического лайнера, как Земля.
Найден и наиболее подходящий вид водоросли - знаменитая хлорелла. Она все может. И растет хорошо. И растить ее можно всюду и во всем. А главное - есть ее можно.
Хлорелла - это водоросль. Одноклеточное низшее растение. Оно великолепно синтезирует свет (то есть усваивает его и перерабатывает в «вещества»). Не только солнечный свет, но и электрический. Водоросль эта может усваивать до 50 процентов солнечной энергии. Высшие растения усваивают максимум 13 процентов. Хлорелла - своеобразная солнечная батарея.
Синтезируя свет, хлорелла создает белки: при хороших условиях - до 50 процентов (лучшие сорта бобовых - лишь до 30 процентов, пшеница - 18 - 24 процента). Хлорелла синтезирует жиры, углеводы. В ней содержится весь комплекс витаминов. В ста граммах сухого вещества - примерно суточная норма человека. Синтезируя свет, хлорелла дышит, выделяя кислород.
Итак, хлорелла, используя свет, создает пищу и кислород.
А темп роста хлореллы! Масса ее за сутки увеличивается в 8-10 раза с одного квадратного метра поверхности - 70 граммов сухого вещества, то есть пищи. С одного гектара - 700 килограммов. А наземные растения с одного гектара дают нам максимум 110 килограммов.
Но в космическом корабле не так много места, чтобы отдавать квадратные метры хлорелле. Но для хлореллы и место не проблема! В сосуде густая взвесь хлореллы и… золотые рыбки. К хвостам их прикреплены маленькие баллончики, покрытые светящимися веществами - люминофорами. Рыбки плавают. Питаются хлореллой. Перемешивают ее. Свет от баллончиков падает почти на каждую клетку хлореллы. Она не притязательна. Ей этого света вполне достаточно.
Но… Проблема еще полностью не решена. Во-первых, по некоторым данным, водоросли могут выделять и вредные вещества. Во-вторых, неясно, как на водоросли будут действовать космические излучения. И, наконец, остается переменным психологический фактор питания. Трехразовое питание из одних и тех же водорослей в течение длительного времени… И как ни разнообразь и ни изощряйся в приготовлении хлореллы, все равно: окрошка из хлореллы, шашлык по-хлорелльски, гарнир - хлорелльное пюре, натуральный кофе «Космос» из хлореллы и т. д. Хлорелла останется хлореллой, хоть ты окончил высшие космокулинарные курсы!..
Может быть, добавить к водорослям зоопланктон? Он годится в пищу и помогает уничтожать клетчатку, не переваренную человеком. Но космонавтам захочется в мяса. Может быть, куры? Для кур водоросли - великолепный корм. А кроме того, они едят и яичную скорлупу и толченые кости…
Как видите, проблема питания в космических полетах очень важна, но в ее решении сделаны лишь первые шаги.

2. Вкусовые качества - последняя проблема

Самая большая неприятность в космическом полете - не невесомость, скука или тоска по дому, а плохая еда.

12 апреля 1961 года Юрий Гагарин первым совершил непродол-жительный космический полет. Возможно, это и хорошо. Если бы его орбитальный полет продолжался дольше, чем 108 минут, то он бы начал испытывать чувство голода. И так как никто не знал, может ли человек, находящийся в невесомости, принимать пищу, ему не разрешили взять с собой еду.

Космическая пища претерпела значительные изменения с тех пор, как 40 лет назад человек вырвался за пределы земного притяжения. Космонавты давно не едят жидкую высокопротеиновую пищу, по вкусу напоминающую размоченный картон. Но, несмотря на то, что качество еды улучшилось, они, в большинстве своем, полагают, что космическая еда осталась такой же отвратительной, как и в 1962 году.

Наша космическая еда к настоящему времени, практически не изменилась. Продукты подвергаются сухой заморозке и помещаются в вакуумную упаковку, они практически ничего не весят. Когда наступает время ленча, вы просто выбираете пакетик и добавляете в него воды, перемешиваете и перекладываете в коробку. Очень вкусно.

"Мир" еще недавно пустовал. Последние космонавты покинули орбитальную космическую станцию в прошлом месяце. Но, поскольку мы планируем углублять космические исследования и находиться в космосе еще дольше, ученые должны подойти с других позиций к проблеме организации питания. Оно должно быть более приспособлено к условиям космического полета.

Для космонавтов, находящихся в длительной экспедиции, основная проблема заключается в том, как сделать еду вкусной. НАСА очень тщательно просчитывает потребности космонавтов в витаминах, минеральных элементах и калориях. Но еда от этого вкусной не становится.

Блюда глубокой заморозки - не выход из положения. Вполне вероятно, что на сооружаемой в настоящее время международной космической станции космонавты будут находиться дольше рекордных 437 дней Валерия Полякова. Конечно, это будет здорово, но кто согласится, есть в течение года еду, аналогичную той, что подают в самолетах?

Дело даже не в том, что космонавты слишком разборчивы в еде. Говорят, что российские космонавты были на грани мятежа из - за плохой еды. "Крайне важно, что бы в космосе была разнообразная еда, - говорит адъюнкт-профессор сельскохозяйственных наук и биоинженерии Корнельского университета Джин Хантер. - Еда играет особенно важную роль в поддержании нормального психологического климата в экипаже. Астронавты день за днем находятся в однообразной среде. Таким образом, единственным источником разнообразия в подобных условиях становится еда".

Неудивительно, что основной проблемой остается отсутствие свежих продуктов. Несмотря на использования холодильных установок, яблоки и апельсины могут оставаться свежими не более 48 часов. Таким образом, мы вновь возвращаемся к коробкам, банкам и горячей воде, по крайней мере, до следующего прилета транспортного корабля.

Каким может быть решение этой проблемы? Самим выращивать урожай. Помимо внесения разнообразия в еду, космические плантации позволят будущим колониям стать более самодостаточными. И это не слишком отдаленная перспектива. НАСА на протяжении нескольких лет изучает возможность возделывания плантаций в космосе, естественно при искусственном освещении, поливе и температурном контроле. Атмосфера Марса, на 95% состоящая из двуокиси углерода, может относительно легко использоваться для выращивания зерна или овощных культур, а вырабатываемый при этом кислород вместе с привезенным водородом может использоваться для получения воды.

И, если утверждения о наличии льда на Луне соответствуют действительности, ведение сельского хозяйства в космосе может стать реальностью.

Прежде всего, сырые зерно или картофель на орбите вряд ли будут пользоваться большей популярностью, чем сублимированные. Что необходимо астронавтам, так это рецепты, кулинарные советы.

"Мы составили более 200 рецептов приготовления пищи из урожая, который мог быть собран в лунной колонии - речь идет о гидропонных культурах, выращенных при искусственном освещении - и изучали вопрос о том, как их переработать, чтобы получить продукты питания, которые людям приятно было бы употребить в пищу", - рассказывает Хантер.

Принимая во внимание ограничения, накладываемые на процесс выращивания урожая - культуры должны быть быстро созревающими, высокоурожайными и не требующими большого ухода. Их разнообразие производит впечатление. Рис, пшеница, картофель, помидоры и другие овощи - это основные продукты. Соевые бобы будут давать масло и молоко, а заменители мяса могут быть получены из пшеницы. С помощью разумного использования специй - считают исследователи - полученные продукты питания могут стать очень вкусными. Хотите оладьи, сэндвичи из чечевичного хлеба или соевые конфеты?

Конечно, на данном этапе все рецепты являются сугубо вегетарианскими. Однако не все животные белки, вероятно, будет нужно импортировать. "Предстоит еще проделать большую работу, прежде чем мы сможет выращивать животных в космосе, - говорит Хантер. - Однако вполне вероятно, что первой животной пищей станет рыба, например карп, поскольку ее можно выращивать в замкнутой системе и для этого потребуется очень мало воды".

Перспектива создания рыбных хозяйств на поверхности Марса - очень захватывающая. Однако пройдет еще много времени, прежде чем астронавты смогут полностью прекратить связь с Землей.

3. Хлеб и космос, или На орбите заколосилась пшеница

Помните популярную в нашей стране лет эдак тридцать назад песню «И на Марсе будут яблони цвести»? Не знаю, как насчет цветения яблонь на Марсе, а вот пшеница на околоземной орбите уже колосится!

В настоящее время продолжается эксперимент «Оранжерея-4», начатый «Альтаирами» 18 ноября 1998 г., когда космические «фермеры» Геннадий Падалка и Сергей Авдеев посеяли на борту станции «Мир» 50 семян пшеницы сорта «Апогей».

При длительных космических полетах доставка на борт продуктов питания в больших количествах затруднена, продуктовые запасы с течением времени могут портиться, существует также проблема регенерации кислорода и удаления продуктов жизнедеятельности человека. Поэтому, если эксперименты по выращиванию и содержанию растений в условиях космоса увенчаются успехом, многие вопросы по обеспечению длительных космических полетов будут отчасти разрешены. Когда человечество перейдет от околоземных к межпланетным полетам, на борту пилотируемых космических аппаратов наличие растений будет обязательным, и не только как одного из источников питания, но и в качестве одного из средств психологической поддержки космонавтов, на длительное время оторванных от привычной земной среды обитания.

В нашей стране созданию искусственных экологических систем в условиях космического полета придавалось большое значение, и в 60-е и 70-е годы эта отрасль космической биологии успешно развивалась, американские же специалисты этой проблемой начали заниматься относительно недавно.

Ученые пытаются культивировать различные высшие растения в условиях космоса, но особенно интересны эксперименты по выращиванию в космосе пшеницы, которая является одним из важнейших источников питания человека.

Мы обратились с просьбой рассказать подробно о проводимом в настоящее время на борту станции «Мир» эксперименте «Оранжерея-4» и об исследованиях, ему предшествовавших, к ученым института медико-биологических проблем Маргарите Левинских и Владимиру Сычеву.

Они любезно пригласили нас к себе в лабораторию, рассказали о специальных сортах пшеницы, культивируемых в космосе, продемонстрировали контрольные образцы пшеницы тех же сортов, выращиваемые в земных условиях, и рассказали об основных вехах изучения пшеницы в условиях космического полета.

«Для того чтобы выращивать растения в космосе, прежде всего необходимо создать специальные устройства для их оптимального роста и развития, - рассказывает Маргарита Левинских. - В 1988 г. в установке «Светоблок» на борту станции «Мир» было предпринято исследование роста и развития пшеницы сорта «Эритроспермум» в течение 19 суток. Растения в ходе этого эксперимента находились в сильно угнетенном состоянии. В установке «Светоблок» отсутствовала вентиляция, что могло привести к значительному изменению баланса газовой среды, излишней влажности воздуха и значительному содержанию вредных примесей.»

Однако причины угнетенного состояния растений учеными не были точно установлены, так как в установке не был предусмотрен контроль за параметрами среды.

В 1991 г. в этой же установке было осуществлено культивирование пшеницы сорта «Суперкарлик» в течение 157 суток. Было получено растение высотой 13 см, которое имело один побег. Освещенность в установке «Светоблок» была низкой, поэтому в ходе эксперимента семена получены не были. Опытное растение доращивали уже на Земле в условиях более высокой интенсивности освещения. Однако колос, сформированный в условиях космического полета, оказался стерильным.

В 1993 г. ученые Космического центра имени Кеннеди провели эксперимент по выращиванию суперкарликовой пшеницы из пророщенных на Земле семян в установке PGU на борту шаттла. Растения выращивались в течение десяти дней. Результаты послеполетных измерений показали, что в условиях космического полета происходит снижение уровня фотосинтеза у растений, что, в свою очередь, приводит к снижению массы растений, побывавших в космосе, на 25% по сравнению с контрольными растениями.

Первый эксперимент из серии «Оранжерея» - «Оранжерея-1» по культивированию суперкарликовой пшеницы был проведен в 1995 г. в рамках программы «Мир-NASA». Для этого эксперимента была задействована новая установка - оранжерея «Свет». Начинали эксперимент участники космической экспедиции ЭО-19 и заканчивали участники ЭО-20. Так что опыт космического хлебороба у бортинженера нынешней ЭО-26 имеется. Продолжительность эксперимента «Оранжерея-1» составляла 90 суток. Под влиянием факторов внешней среды и при недостаточной освещенности посева цикл нормального развития растений был нарушен. Растения имели меньшие размеры, формировали 12-16 листьев с узкой листовой пластиной (контрольные предполетные растения, выращиваемые в земных условиях, формировали семь листьев) и не образовали колосьев. Но в ходе эксперимента «Оранжерея-1» был отработан круг вопросов, связанных с технологией культивирования растений в условиях космического полета.
В 1996-1997 гг. в оранжерее «Свет», оснащенной комплексом измерительной аппаратуры, проводился эксперимент «Оранжерея-2». Его проводили в два этапа. Первый этап - культивирование растений в течение полного цикла онтогенеза с отбором проб для получения биохимических, эмбриологических и прочих характеристик растений. Второй этап - выращивание растений в течение 41 суток с последующей заморозкой в жидком азоте для проведения биохимических исследований. На 5-6 сутки проведения эксперимента появились всходы. Всхожесть семян в космических условиях была ниже, чем на Земле: в лаборатории этот показатель составлял 75-90%, а в условиях полета - только 56-73%. На 11-13 сутки, как и в наземных условиях, у растений было отмечено появление третьего листа. Начало кущения у растений в полетном эксперименте началось, как и предполагалось, на 17-20 сутки. На 39-е сутки высота растений составляла 15-19 сантиметров, что в среднем лишь на 1 см меньше, чем в контрольных наземных экспериментах. Помимо главного побега, растения имели 4-5 боковых. Число листьев на главном побеге, как и в земных условиях, составляло в среднем семь. На 44-е сутки у полетных растений зафиксировали начало колошения, появление колосьев продолжалось вплоть до 90-100-х суток, когда основная часть первых колосьев уже пожелтела, что является признаком полной биологической зрелости. На 123-и сутки был проведен окончательный сбор пшеницы, все растения были желтыми и сухими, за исключением единичных зеленых листьев. Срезанные колосья и остальные части растений были помещены в специальные отдельные пакеты. Последующий сравнительный анализ биохимических характеристик растений, прошедших в космических условиях полный цикл вегетации, дал следующие результаты:

- в полетном варианте число побегов с колосьями в 2,7 раза выше, по сравнению с предполетным контролем, а высота побегов у полетных растений меньше в 2 раза;
- во всех сформировавшихся в условиях космического полета растениях отсутствовали семена, строение колоса полетных растений имело существенные отличия: масса колосьев была в два раза ниже, отмечено уменьшение длины соцветия, снижение числа колосков в колосе до 8-10 против 13-14 в контрольных наземных образцах, увеличение среднего числа цветков в колосках до 5 против 3 в контроле.

2. Заключение

На Марсе будут яблони цвести
Музыка: В. Мурадели Слова: Е. Долматовский

Используемые источники:

1. Водоросль хлорелла | Космос | Рассказы о космосе

astraltravel.ru/?p=934

2. Вкусовые качества - последняя проблема / Готовим.РУ

gotovim.ru›Библиотека›dieta/kosmo_eda.shtml копия

3.Хлеб и космос, или На орбите заколосилась пшеница «Новости...

novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/193/… копия ещё

4.Полеты в космос и здоровье

zdorovieinfo.ru/exclusive/99253/704977/ копия