Популярно о микробиологии
Шрифт:
Выходя за пределы Земли в экологической нише космического корабля, человек может распространить по Вселенной и входящие в ее состав микроорганизмы. Однако возникает серьезная проблема их неконтролируемого распространения, поэтому вопрос о существовании жизни на этих планетах до появления на них человека уже невозможно будет решить. Поэтому, чтобы сохранить инопланетную жизнь в ее первозданном состоянии, необходимо тщательно стерилизовать космические корабли.
О том, насколько большое значение придается этой проблеме, свидетельствует резолюция Международного комитета по космическим исследованиям (КОСПАР) [8] о необходимости стерилизации космических аппаратов с допустимым пределом зараженности 1x10– 3. Эта величина означает наличие одной микробной клетки на 1000 космических аппаратов!
8
COSPAR — Committee on Space Research.
Однако
9
Беляев А. Полное собрание сочинений в двух томах. — М.: Престиж бук, 2010.
Вот почему космические корабли проходят строжайший микробиологический контроль перед выходом в космос и еще более строгую проверку — при возвращении на Землю.
Есть еще один важный аспект, связанный с необходимостью стерилизации космических кораблей. Известно следствие шуточного закона Чизхолма: «Все, что не может испортиться, — портится тоже». Казалось, что ракетное топливо, которое используется для вывода на орбиту космических кораблей и корректировки их движения в межпланетном пространстве, не должно попасть в сферу действия этого закона. Но такое предположение не оправдалось. Ракетное топливо тоже портится, и причиной этого могут быть микроорганизмы. Если подвергнуть его микробной атаке, то у него изменяются свойства, что может привести к непредвиденным ошибкам в траектории полета. Законсервировать ракетное топливо, спасти его от разрушительного действия микроорганизмов — одна из серьезнейших задач, стоящих перед ракетостроителями и микробиологами. От ее выполнения зависят и ювелирная точность посадки космических аппаратов на другие планеты, и возможность корректировки орбит околоземных орбитальных станций, и решение много других вопросов, казалось бы, никак не связанных с микробиологией.
Однако вернемся к вопросу о наличии микроорганизмов на Луне и других планетах Солнечной системы. Возможность существования на них жизни издавна интересовала человечество, и именно микроорганизмы с их изумительной приспособленностью к экстремальным условиям и способностью использовать в качестве источника энергии широкий спектр субстратов являются лакмусовой бумажкой для определения наличия жизни. Последние успехи космонавтики впервые позволили провести прямые исследования этого вопроса. Американские ученые Г. Тейлор, Е. Фергюссон и К. Траби провели анализ лунного вещества, доставленного на Землю в условиях полной асептики. При этом авторы исследовали не только грунт с поверхности, но и образцы из нижележащих слоев. Эксперименты проводили в специально оборудованном боксе, высевая тонкоизмельченные образцы грунта на различные среды. После инкубации в течение 21 дня ни на одной из испытанных сред не был обнаружен рост микроорганизмов. Однако полученные результаты отнюдь не дают однозначного ответа на поставленный вопрос. Связано ли отсутствие развития микроорганизмов с отсутствием микрофлоры в образцах лунного грунта, или полученные результаты свидетельствуют о подавлении роста микроорганизмов химическими веществами, содержащимися в испытуемых образцах, или, наконец, только подтверждают неспособность «лунных» бактерий расти на испытанных питательных средах? Ответы на эти вопросы могут быть получены после проведения дополнительных исследований.
Предварительные результаты изучения Марса с помощью автоматических станций тоже не позволяют сделать однозначный вывод о наличии или отсутствии микрофлоры на этой планете.
Человечество уже сделало первые шаги за пределы Земли. Главная особенность предстоящих космических путешествий — это их длительность. Представьте себе, что вы собираетесь в долгое космическое путешествие, пусть даже в пределах Солнечной системы. Тогда вам необходимо подумать об обеспечении экипажа не только оборудованием и скафандрами, но и воздухом, водой и пищей на весь период путешествия. Кстати сказать, полет, например, на Марс и обратно продлится около двух лет. Самый скромный запас необходимых для этого продуктов, даже если экипаж состоит всего из нескольких человек, никакой корабль не вместит, не говоря о трудностях вывода такого груза на околоземную орбиту. Выход из этого один: нужно многократно использовать продукты питания, превращая отходы вновь в продукты питания и регенерируя воздух в кабине корабля, т. е. в миниатюре воспроизводя кругооборот веществ, который существует на Земле. На нашей планете он осуществляется в течение длительного периода. Экологическая емкость Земли достаточно велика, и если в одном из звеньев не происходит полного возвращения веществ обратно в цикл, то это компенсируется их интенсивным возвратом в другом звене. В условиях космического полета, когда цикл замыкается не на всю Землю, а только на систему регенерации космического корабля, емкость которой невелика, проблема многократно усложняется. Решение этой задачи может быть обеспечено лишь за счет высокой интенсивности работы систем регенерации. Известные системы химического типа или основанные на «работе» растений по интенсивности не могут сравниться с регенерирующими системами на основе микроорганизмов.
И действительно, только с помощью микроорганизмов, поскольку они обладают высокой интенсивностью обмена, можно создать замкнутую экологическую нишу, которую и представляет собой космический корабль, способный к длительным путешествиям в космосе.
Глава 26
Микробы вытесняют бензин
…Я считаю, что подлинный переворот в энергетике произойдет только тогда, когда мы сможем осуществлять массовый синтез молекул, аналогичных хлорофиллу, или даже более высокого качества.
Человеку нужна энергия для всего, чем он занимается, вплоть до самого факта его существования. Повышение жизненного уровня, дальнейшее развитие промышленности и сельского хозяйства требуют все больше и больше энергии. Только за последние 100 лет мощности установок по ее получению возросли в 1000 раз. Остается надеяться, что в дальнейшем энергетические потребности человечества будут возрастать не так стремительно. Предварительный прогноз на ближайшие 20 лет предполагает двукратное увеличение потребности в энергии. Между тем расчеты показывают, что уже в ближайшие годы традиционных энергоресурсов, таких как уголь, нефть и газ, окажется недостаточно для удовлетворения растущих потребностей человечества. Так возникла еще одна проблема нашего времени — энергетическая.
Возьмем для примера автомобильный транспорт. Используемая им энергия составляет около половины всего ее количества, потребляемого в настоящее время человечеством.
Подумайте только: во всем мире сейчас существует 800 млн автомобилей, и по расчетам, к 2035 г. их число увеличится до 3 млрд! И вся эта прорва двигателей внутреннего сгорания поглощает массу энергии. Причем поглощает нерационально. Но дело не только в этом. Автомобильный транспорт использует продукты крекинга нефти — бензин, керосин, дизельное топливо — уникальные вещества, которые, конечно, выгоднее использовать не в качестве горючего. Еще Д. И. Менделеев говорил, что жечь каменный уголь или нефть — то же самое, что топить ассигнациями. Помимо этого, сжигание бензина и других видов топлива в двигателях внутреннего сгорания приводит к серьезному загрязнению воздуха выхлопными газами. Но несмотря на это запретить использование автотранспорта не под силу никакому правительству, и нехватка топлива, по выражению одного из комментаторов, — это нехватка навсегда. Нужны новые виды горючего, новые источники энергии.
Суть охватившего нашу планету кризиса заключается в том, что до сих пор человечество использует в основном невозобновляемые источники энергии, такие как каменный уголь, нефть и газ, запасы которых не бесконечны.
Конечно, они еще долго будут служить людям. Но уже сегодня во многих странах пытаются найти возобновляемые источники энергии, и таким поиском заняты ученые многих специальностей. По их расчетам, уже к 2100 г. в США альтернативные источники энергии будут удовлетворять 90 % всех потребностей страны. Среди проектов, призванных разрешить энергетическую проблему, есть использование солнечной и геотермальной энергии, энергии ветра, волн, приливов и даже добыча на Луне энергоресурсов в виде изотопа гелия-3, используемого в качестве топлива для термоядерных электростанций. Здесь следует заметить, что внедрение тех или иных научных достижений зависит не только от их значимости и завершенности, но и от уровня технико-экономических возможностей той или иной страны. Сейчас трудно сказать, какой из проектов окажется более перспективным. Остановимся на микробиологических подходах к решению энергетической проблемы.
В главе 9 были рассмотрены микробиологические способы получения спирта, который затем используется дрожжами для биосинтеза белка. Однако этот же спирт можно использовать в качестве топлива для автомобильного транспорта. Хотя этиловый спирт по теплотворной способности уступает бензину, зато он превосходный антидетонатор, что позволяет получать в двигателях внутреннего сгорания б'oльшую степень сжатия рабочей смеси и таким образом добиваться более высокого коэффициента полезного действия. Кроме того, бензин — это смесь различных углеводородов с температурой кипения от 38 до 185 °C, а спирт, как и любое индивидуальное химическое вещество, имеет строго определенную температуру кипения, что способствует стабильности работы двигателей.