Ця стаття була опублікована у 185-му номері журналу The Universe Space Tech. Її авторка — Анна Березкіна, дослідниця Національного антарктичного наукового центру України
Протягом усієї історії людства завжди гостро поставало питання виживання та забезпечення харчовими продуктами як окремих особин, так і племені, общини в цілому. Цей неймовірний тиск помітно зменшився лише при переході від мисливства і збиральництва до землеробства та скотарства (після 11 000 років до н.е.). Ця революція у способі життя дала сильний поштовх до певної стабільності та зростання популяції Homo sapiens. Землеробство та скотарство виникало мозаїчно й незалежно в різних частинах земної кулі. Так, приблизно з 9500 року до н.е. у Леванті (Сирія, Ліван, Палестина, Ізраїль, Йорданія, Єгипет, Туреччина та ін.) культивували вісім сільськогосподарських культур: пшеницю, ячмінь, горох, сочевицю, гірку вику, нут і льон. Свині були одомашнені у Месопотамії близько 11 тисяч років до н.е., а вівці — між 11 000 і 9000 рр. до н.е.
З розвитком скотарства у людей виникли корисні мутації, зокрема гени, які допомагають засвоювати лактозу (молочний цукор) з молока. Оскільки для дорослих до появи тваринництва було нехарактерним вживати молочні продукти, вони були вкрай важкими для засвоювання. Однак у Середні віки в Європі виникла корисна мутація засвоєння лактози, навіть більше — вона дуже швидко розповсюдилася серед тогочасної популяції європейців. Однією з цікавих гіпотез є версія, що, ймовірно, через складні санітарні умови в середньовічних містах багато людей помирало, вживаючи некип’ячену воду. Ті ж, хто надавали перевагу молоку з його корисними мікроорганізмами, мали всі шанси на довге й щасливе життя.
З ростом популяції людей на Землі (зараз її населення сягає 7,9 млрд) знову гостро постало питання забезпечення продовольством і боротьби з голодом. Цю проблему поглиблює не лише збільшення чисельності Homo sapiens, а й забруднення земель, водних ресурсів, глобальні зміни клімату, вирубка лісів, надмірна експлуатація ґрунтів, що провокує стрімке збільшення площ пустель. Посушливі землі складають приблизно 41% земної суші. Однією з найбільш швидко розростаючих пустель є Гобі (на території Монголії та Китаю). За даними вчених, щорічно вона поглинає понад 3370 км² суші.
Безконтрольне використання пестицидів корпораціями не лише спричиняє забруднення ґрунтів і вод, а й призводить до знищення комах, птахів, дрібних ссавців тощо. Всі елементи екосистеми тісно взаємопов’язані, й зникнення однієї ланки живих організмів може мати непоправні наслідки, оскільки, наприклад, більшість рослин не зможуть розмножуватися без запилення комахами. Майже 87,5% видового різноманіття квіткових рослин Землі потребує участі у запиленні комах та інших дрібних тварин. Тому отруєння пестицидами запилювачів (бджоли, оси, джмелі, жуки та ін.) різко знижує рослинне біорізноманіття, що у свою чергу призведе до скорочення популяцій тварин, які харчуються пилком, нектаром, самими рослинами, плодами та насінням, а це спричинить ланцюгову реакцію зменшення розмаїття крупніших тварин і вплине на саме людство. 75% провідних продовольчих сільськогосподарських культур демонструють збільшення врожайності при запиленні комахами.
Отже, до питання забезпечення населення продовольством варто підходити системно та враховувати всі причинно-наслідкові зв’язки. Дуже близькими є ці питання і для забезпечення космічних місій. Одна з цікавих розробок учених дасть змогу втілити у реальність промислове розведення риби у космічних умовах. Як було показано раніше, умови мікрогравітації на борту космічного корабля (місія STS-65) не вплинули на здатність до нормального розмноження риби медаки японської Oryzias latipes. Вона успішно спаровувалася, запліднювалася, спостерігався звичайний ембріональний розвиток молоді з наступним її вилупленням із ікри. Ці дані свідчать про те, що медака японська потенційно може завершити свій життєвий цикл в умовах космосу (мікрогравітації).
Для реалізації космічної рибної ферми необхідна ефективна система біологічних фільтрів, що будуть забезпечувати належну якість води при довготривалому утриманні аквакультури. Вони вкрай важливі, оскільки риба постійно виділяє з сечею у навколишнє водне середовище аміак, який є дуже токсичним для самих водних мешканців. Біологічний фільтр із можливістю одночасно здійснювати як нітрифікацію (процес окиснення аміаку до азотистої й далі до азотної кислоти), так і денітрифікацію (відновлення нітратів до нітритів і далі до газоподібних оксидів і молекулярного азоту), був сконструйований для експериментів із водними тваринами на МКС. Він був застосований для видалення шкідливого аміаку в закритій системі циркуляції води.
Біологічний фільтр являє собою циліндричний резервуар, заповнений пористими скляними кульками з адсорбованими на них бактеріями Nitrosomonas europaea і Nitrobacter winogradskyi, які здійснюють нітрифікацію (окислюють аміак до нітриту, а далі до нітрату), та подвійними пластиковими пакетами, де відбувається денітрифікація. Ці подвійні пакети складаються з зовнішнього мішка з нетканого матеріалу та внутрішнього — з непористої поліетиленової плівки. На зовнішньому мішку — іммобілізовані бактерії Paracoccus pantotrophus. Внутрішній заповнений 99,5% етанолом, що повільно вивільняється у середовище і слугує донором електронів для денітрифікації (відновлення нітратів до газоподібного азоту), яку здійснюють бактерії Paracoccus pantotrophus. Таким чином, біологічний фільтр видаляв аміак без накопичення нітрату!
На МКС протягом 90 днів вирощували дрібну прісноводну рибу медаку японську в замкненій системі циркуляції води, оснащеній біологічним фільтром. Усі тварини в експерименті не лише вижили, а й мали чудовий апетит. Результати вказують, що здатність біологічного фільтра до нітрифікації та денітрифікації є достатньою для підтримки якості води під час вирощування риби на МКС.
Отже, ці дослідження відкривають нові горизонти в освоєнні людиною космосу, можливості вирощувати таку знайому земну їжу в майбутніх космічних місіях та при колонізації нових планет і космічних об’єктів. Рибні ферми — зовсім скоро… І можливо, одного дня не залишиться жодної голодної людини у Всесвіті. Fortes fortuna adiuvat!
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
