| 13986122 15360 8522 910 1. 10 вт на 1 л кислорода. Биол. регенерация кислорода может быть осуществлена фотосинтезирующими одноклеточными водорослями, из к-рых наиболее изучена хлорелла. В лабораторных экспериментах длительностью до 60 сут показана возможность обеспечения газообмена человека при объёме культуры водорослей порядка 20-30 л на человека и затрате минеральных солей ок. 50 г/чел-сут. Такая система одновременно обеспечивает и поглощение выделяемого человеком углекислого газа.
Табл. 1.- Примерный материальный баланс обмена веществ человека
Потребление г/чел-сут
Выделение, г/чел-сут
Пища
500
Углекислый газ
930
Кислород
800
Вода
2200
Водяные пары
840
Моча
1500
Кал
230
Итого
3500
Итого
3500
В более сложных вариантах фотосинтетич. регенеративной системы расход минеральных солей может быть в неск. раз уменьшен в связи с использованием минеральных элементов мочи. В этом случае одновременно обеспечивается наиболее энергоёмкий этап регенерации воды из мочи - испарение. Кроме того, часть биомассы водорослей может быть использована в пищевом рационе человека (до 20% белковой части рациона). Применение хемосинтетических газообменников на основе водородокисляющих бактерий целесообразно при наличии электролизной системы, когда получаемый в ней водород не утилизируется для гидрирования углекислого газа, окиси углерода или метана в приведённых физико-хим. процессах. Помимо компенсации убыли кислорода, для поддержания состава атмосферы корабля необходимо также удалять избыток углекислого газа и водяных паров. Двуокись углерода может быть удалена физ. методами (вымораживание, конденсация) и применением щелочных хим. поглотителей. Более экономично использовать регенерируемые сорбенты (цеолиты, карбонаты). Попеременная работа двух патронов с цеолитом в режиме "сорбция-десорбция" обеспечивает поглощение углекислого газа, выделяемого 2 членами экипажа при массе установки ок. 40 кг.
Избыток водяных паров из воздуха может удаляться с помощью перегенерируемых хим. поглотителей, регенерируемых сорбентов (цеолиты), а также физ. методами - вымораживанием и конденсацией. В существующих космим. кораблях часть водяных паров конденсируется на холодных поверхностях жидкостно-возд. теплообменников, входящих в систему терморегулирования обитаемых кабин.
Частные СЖО - регенерации кислорода, удаления углекислого газа и волы - составляют единый комплекс обеспечения состава атмосферы корабля. Иногда к этой системе относят также систему терморегулирования и фильтры очистки воздуха от вредных примесей. Функции этих систем могут выполняться отд. независимыми устройствами. Так, в частности, была решена СЖО атмосферы в амер. кораблях "Меркурий", "Джемини" и "Аполлон", основанная па запасах кислорода, нерегенерируемых поглотителей углекислого газа и водяных паров. Хим. системы обеспечивают сопряжённость рассматриваемых процессов в пределах одной системы. Именно такое решение было использовано в сов. кораблях "Восток", "Восход" и "Союз", где применялась нерегенеративная система на основе надперекиси щелочного металла. Выделение кислорода регенеративным веществом связано с вполне определёнными кол-вами поглощаемой воды и углекислого газа (рис.).
Система водообеспечсния основывается па запасах воды. В космич. корабле "Аполлон" питьевая вода вырабатывалась также из запасов кислорода и водорода, "сжигавшегося" в электрохимич. генераторах (топливных элементах) для получения электроэнергии. Разработаны различные физико-хим. методы регенерации воды из конденсата мочи п атм. влаги. Конденсат атм. парой достаточно эффективно очищается от неизбежных органич. примесей каталитич. окислением, а также с помощью ионообменных смол и углей. В наиболее разработанных методах регенерации поды из мочи используются режимы испарения при различных давлении и темп-ре, с последующим каталитич. окислением загрязняющих примесей в паровой фазе и очисткой получаемого конденсата сорбентами. Данные методы позволяют регенерировать большую часть потребляемой воды, а при дальнейшем их совершенствовании - добиться практически замкнутого цикла её регенерации.
В отличие от предыдущих систем, обеспечение пищей не имеет ближайших перспектив перехода к регенеративным системам. Запасы пищи в космич. корабле состоят из продуктов и готовых блюд, консервированных в их естеств. состоянии или в обезвоженном виде (см. Лиофилизация). Регенерация пищевых веществ возможна на основе использования фотосинтезирующих зелёных растений. Поскольку при этом также решается задача поглощения углекислого газа и регенерации воды, то возможно создание СЖО по типу закрытой экологической системы, основанной па замкнутом биол. круговороте огранич. кол-ва вещества. Нужные для человека вещества непрерывно воссоздаются в такой системе благодаря жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Для этого следует расположить комплекс необходимых организмов (см. Биокомплекс) в такую функциональную замкнутую цепь, включающую и человека, где "выходные" характеристики предыдущего звена соответствуют параметрам "входа" последующего. В результате такой организации материально-энергетич. отношений между элементами системы возникает новое качество - целостная система высшего порядка, обладающая свойствами закрытой термодинамич. системы.
Табл. 2. - Основные технологические принципы систем регенерации кислорода
Нерегенеративные системы
физические
физико-химические
химические
Формы запасаемого кислорода
молекулярный кислород: газообразный, жидкий
химически связанный в форме воды
химически связанный в составе: перекисей, надперекисей и озонидов щелочных металлов, перхлоратов, перекиси водорода
Способы мобилизации запаса
ступенчатая редукция газа высокого давления; испарение сжиженного газа и редукция
электролиз воды (свободной или связанной фосфорным ангидридом)
химическое разложение кислородных соединений металлов при поглощении ими воды и углекислоты; каталитическое разложение перекиси водорода
Источники энергии
внутренняя энергия сжатого или сжиженного газа
внешние источники энергии
энергия экзотермических реакций
Регенеративные системы
физико- химические
биологические
Источники кислорода
углекислый газ и вода, выделяемые человеком как продукты окисления пищевых веществ
углекислый газ и вода, выделяемые человеком как продукты окисления пищевых веществ
Методы регенерации
электролиз воды; прямое восстановление углекислого газа водородом до углерода и воды с последующим электролизом воды; восстановление углекислого газа водородом до метана (или окиси углерода) и воды с последующим электролизом воды
фотосинтез зелёных растений, хемосинтез автотрофных бактерий (напр., водородокисляющих)
Форма потребляемой энергии
тепловая, электрическая
для фотосинтеза- световая; для хемосинтеза - электрическая (для получения водорода)
Такая система в принципе способна к автономному существованию без поступления вещества извне, насколько это позволит степень согласованности входных и выходных характеристик смежных звеньев системы. При этом впервые возникает ситуация, когда существование самой системы становится в зависимость от жизнедеятельности человека как одного из её функциональных элементов. Эта зависимость настолько велика, что привычное представление о СЖО, как о чём-то внешнем по отношению к человеку, теряет своё основание, поскольку человек здесь является объектом обеспечения в той же мере, в какой он сам необходим в качестве составной части системы как целого. Это показывает всю условность термина СЖО по отношению к закрытым экологич. системам, включающим человека. Лит.: Проблемы космической биологии, т. 5 - 7, Л.- М., 1967: Космическая биология и медицина. М., 1966. О. Г. Газенко.
ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ, 1) способность особи (или популяции) жить и давать потомство. Ж. популяции определяется плодовитостью, длительностью периода размножения и кол-вом достигших Половозрелости особей. 2) Способность особи выживать до определённого момента жизненного цикла, напр. до начала периода размножения. Мерилом Ж. мутанта служит относит. частота доживания до этого периода мутировавших особей по сравнению с немутировавшими.
ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ СЕМЯН, свойство семян сохранять способность к прорастанию. Только что убранные или хранящиеся при низкой темп-ре семена часто не прорастают, хотя и имеют здоровый зародыш, т. е. жизнеспособны. Это вызывается периодом покоя, после прохождения к-рого семена могут дать нормальные всходы. Ж. с. определяют при контрольно-семенном анализе, число живых семян выражают в процентах от общего числа семян, взятых для анализа. Методы определения Ж. с. предусмотрены гос. стандартами.
ЖИЗНЬ, высшая по сравнению с физической и химической форма существования материи, закономерно возникающая при определённых условиях в процессе её развития. Живые объекты отличаются от неживых обменом веществ - непременным условием Ж., способностью к размножению, росту, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, раздражимостью, приспособляемостью к среде и т. д. Однако строго научное разграничение на живые и неживые объекты встречает определённые трудности. Так, до сих пор нет единого мнения о том, можно ли считать живыми вирусы, к-рые вне клеток организма хозяина не обладают ни одним из атрибутов живого: в вирусной частице в это время отсутствуют метаболич. процессы, она не способна размножаться и т. д. Специфика живых объектов и жизненных процессов может быть охарактеризована в аспекте как их материальной структуры, так и важнейших функций, лежащих в основе всех проявлений Ж. Наиболее точное определение Ж., охватывающее одновременно оба эти подхода к проблеме, дал ок. 100 лет назад Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел" (М аркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20, с. 82). Термин "белок" тогда ещё не был определён вполне точно и его относили обычно к протоплазме в целом. Все известные ныне объекты, обладающие несомненными атрибутами живого, имеют в своём составе два осн. типа биополимеров: белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Сознавая неполноту своего определения, Энгельс писал: "Наша дефиниция жизни, разумеется, весьма недостаточна, поскольку она далека от того, чтобы охватить все явления жизни, а, напротив, ограничивается самыми общими и самыми простыми среди них... Чтобы получить действительно исчерпывающее представление о жизни, нам пришлось бы проследить все формы ее проявления, от самой низшей до наивысшей" (там же, с. 84).
Ч. Дарвин в последних строках "Происхождения видов" пишет об осн. законах, лежащих, по его мпснию, в основе возникновения всех форм Ж.: "Эти законы, в самом широком смысле - Рост и Воспроизведение, Наследственность, почти необходимо вытекающая из воспроизведения, Изменчивость, зависящая от прямого или косвенного действия жизненных условий и от упражнения и неупражнения, Прогрессия размножения, столь высокая, что она ведет к Борьбе за жизнь и се последствию - Естественному Отбору..." (Соч., т. 3, М.-Л., 1939, с. 666). Если оставить в стороне роль упражнения, которое, по позднейшим данным, служит фактором ненаследственной изменчивости, обобщение Дарвина сохраняет силу и поныне, а его основные законы Ж. сводятся к двум ещё более общим. Это прежде всего способность живого ассимилировать полученные извне вещества, т. е. перестраивать их, уподобляя собственным материальным структурам, и за счёт этого многократно воспроизводить их (репродуцировать).
При этом, если исходная структура случайно изменилась (см. Mутация), то она продолжает воспроизводиться в новом виде. Способность к избыточному самовоспроизведению лежит в основе роста клетки, размножения клеток и организмов и, следовательно,- прогрессии размножения (осн. условие для естественного отбора), а также в основе наследственности и наследственной изменчивости. Сов. биохимик В. А. Энгельгардт рассматривает воспроизведение себе подобного как фундаментальное свойство живого, к-рое ныне получаст интерпретацию в терминах химических понятий па подлинно молекулярном уровне. Др. особенность живого заключается в огромном многообразии свойств, приобретаемых благодаря изменчивости материальными структурами живых объектов. Каждое из этих двух фундаментальных свойств связано в основном с функцией одного из двух биополимеров. "Запись" наследственных свойств, т. е. кодирование признаков организма, необходимое для воспроизведения, осуществляется с помощью ДНК и РНК, хотя в самом процессе репродукции непременно принимают участие белки-ферменты. Т. о., живой является не отдельная молекула ДНК, белка или РНК, а их система в целом. Реализация многообразной информации о свойствах организма осуществляется путём синтеза согласно генетическому коду различных белков (ферментных, структурных и т. д.), к-рые благодаря своему разнообразию и структурной пластичности обусловливают развитие самых различных физ. и хим. приспособлений живых организмов. На этом фундаменте в процессе эволюции возникли непревзойдённые по своему совершенству живые управляющие системы. Т. о., Ж. характеризуется высокоупорядоченными материальными структурами, содержащими два типа биополимеров (белок п ДНК или РНК), к-рые составляют живую систему, способную в целом к самовоспроизведению по принципу матричного синтеза. Характерная особенность химич. состава известных нам форм Ж. - асимметрия оптически активных веществ, представленных в живых объектах левовращающими или правовращающими формами.
Ж. возможна лишь при определённых физ. и хим. условиях (температура, присутствие воды, ряда солей и т. д.). Однако прекращение жизненных процессов, напр. при высушивании семян или глубоком замораживании мелких организмов, не ведёт к потере жизнеспособности. Если сохраняется неповреждённой структура, она при возвращении к нормальным условиям обеспечивает восстановление жизненных процессов.
Ж. качественно превосходит др. формы существования материи в отношении многообразия и сложности хим. компонентов и динамики протекающих и живом превращений. Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем упорядоченности структурной и функциональной, в пространстве и во времени. Структурная компактность и энергетич. экономичность живого - результат высочайшей упорядоченности на молекулярном уровне. Одно из важных следствии этой компактности - универсальный эффект "усиления", характерный для всех живых систем. Так, в 5*10-15 г ДНК, содержащейся в оплодотворённом яйце кита, заключена информация для подавляющего большинства признаков животного, к-рос весит 5*Ю7 г. Здесь, следовательно, при наличии необходимых условий масса возрастает на 22 порядка. "Именно в |
