Шляхи адаптації та встановлення саморегуляції замкнутої екосистеми Текст наукової статті зі спеціальності «Сільське господарство, лісове господарство, рибне господарство»

Анотація наукової статті щодо сільського господарства, лісового господарства, рибного господарства, автор наукової роботи - Юніцький А. Е., Нальотов І. В., Заєць В. С.

Створення замкнутої екосистеми передбачає складну і організовану конфігурацію її елементів. Процеси, що відбуваються в ній, мають бути саморегульованими, а також самовідновлюваними. В основі такої штучно створеної системи – перехід енергії, живої речовини та інформації від одних організмів до інших. Адаптація у закритих екосистемах є базисом існування всієї системи. Отже, необхідно дотриматися умов розвитку організмів. У статті вивчаються важливі аспекти адаптивних популяцій при розміщенні їх у закритій екосистемі.

Схожі теми наукових праць з сільського господарства, лісового господарства, рибного господарства, автор наукової роботи - Юніцький А. Е., Нальотов І. В., Заєць В. С.

Текст наукової роботи на тему «Шляхи адаптації та встановлення саморегуляції замкнутої екосистеми»

та встановлення саморегуляції замкнутої екосистеми

Білорусь, м. Мінськ, доктор філософії транспорту,

ТОВ «Астроінженерні технології» та ЗАТ «Струнні технології»

відділ прикладної біотехнології ТОВ «Астроінженерні технології»

відділ прикладної біотехнології ТОВ «Астроінженерні технології»

Створення замкнутої екосистеми передбачає складну і організовану конфігурацію її елементів. Процеси, що відбуваються в ній, мають бути саморегульованими, а також самовідновлюваними. В основі такої штучно створеної системи – перехід енергії, живої речовини та інформації від одних організмів до інших. Адаптація у закритих екосистемах є базисом існування всієї системи. Отже, необхідно дотриматися умов розвитку організмів. У статті вивчаються важливі аспекти адаптивних популяцій при розміщенні їх у закритій екосистемі.

автономна система, адаптація популяції, біорізноманіття, замкнута екосистема, саморегуляція, чисельність популяції, ЕкоКосмоДом (ЕКД), ЕкоКосмоДом на планеті Земля (ЕКД-Земля).

Найгострішою проблемою сучасності стає наростання екологічної кризи у глобальних масштабах [1]. Проблеми навколишнього світу загострюються внаслідок того, що техносфера за своєю енергоозброєністю робить все більший негативний вплив на природне середовище [2]. Єдиний вихід для збереження біорізноманіття та зниження впливу технократичної цивілізації – перенесення шкідливого виробництва на орбіту Землі та індустріалізація ближнього космосу. Для постійного комфортного життя людини в космосі потрібне створення умов, наближених до земних, наприклад, у замкнутій екосистемі.

У цій статті розглядається процес створення замкнутої екосистеми, щоб надалі її органічно реалізувати в ЕкоКосмоДомі на планеті Земля (ЕКД-Земля) - прототипі космічного поселення ЕкоКосмоДом (ЕКД) [2].

Кожна жива істота у біосфері взаємодіє з іншими організмами та перебуває під впливом абіотичних факторів середовища [3].У замкненій екосистемі

Існує ряд правил, заснованих на принципі збереження енергії та передачі її іншим живим організмам [4]. Однією з головних проблем при організації штучних замкнутих екосистем є встановлення стабільних кругообігів органічної речовини (хімічних елементів, з'єднаних в органічні молекули) та інформації, у тому числі спадкової. Ці процеси відбуваються завдяки адаптації живих організмів в ізольованому середовищі та поступовому введенню системи у стан рівноваги.

Мета роботи - вивчення адаптаційних періодів для формування замкнутої екосистеми (з урахуванням трофічних зв'язків). Для досягнення поставленої мети визначено такі завдання:

• створити установку, в якій забезпечуватиметься функціонування ізольованої закритої екосистеми;

вивчити розвиток живих організмів в екосистемі;

• проаналізувати взаємодію між живими об'єктами.

Розділ, що представляє основні етапи формування природних екосистем, розкриває питання та вирішення встановлення ключових процесів у замкнутих екосистемах, а також взаємодії адаптивних факторів. Розділ «Опис експерименту» включає презентацію установки для проведення дослідження та вивчення процесів всередині популяцій. У розділі «Опис методу» наведено основні параметри, за якими проводилася оцінка процесу адаптації. У розділі «Результати та аналіз» наведені отримані дані при постановці експерименту з тематики, що вивчається. У заключній частині описані короткі висновки з проведених дослідів, а також сформульовані нові питання, що виникли під час випробувань.

Основні етапи формування природних екосистем

Біоценоз у замкнутій екосистемі – це насамперед взаємодія всіх живих організмів між собою. Будь-яка існуюча екосистема має пройти основні етапи: народження, дорослішання, молодість, старість. На останньому етапі можна провести омолодження екосистеми [5]. Екологічні процеси починаються та закінчуються через певні проміжки часу [6]. Наприклад, розглянемо ґрунтоутворення на планеті Земля. На початку сукцесії на материнській породі (скелі, камені тощо) з'являються мікроорганізми [7, 8].

Існує думка [5-8], що цими організмами є архебактерії, здатні синтезувати органічну речовину у процесі хемосинтезу. Надалі утворюється поживна база для водоростей та рослин [9]. При накопиченні органічної речовини формується первинний грунт [7]. Потім зароджуються найпростіші тварини; продукти їх життєдіяльності надходять у ґрунт і беруть участь у виробленні гумусу. Згодом з'являються все більш високоорганізовані рослини та тварини. Все це призводить до встановлення клімаксу в екосистемі [4]. Після старіння екосистеми можливе її самооновлення чи загибель і народження нової екосистеми. Під поняттям «самооновлення» слід розуміти виникнення нових еволюційних форм живих організмів, здатних адаптуватися під навколишнє середовище (наприклад, шкідників, які харчуються дрібними хвойними рослинами; листяних рослин, що не сприйнятливі до низького рН ґрунту; та ін. Всі процеси від народження до старіння повинні пройти у замкнутій екосистемі, що проектується в установці [10].Однак для цього потрібні десятки років, тому варто прискорити процес за рахунок здійснення контролю за елементами, що циркулюють у межах екосистеми, та динамікою розвитку популяцій, використовуючи штучне

підвищення чи зменшення (видалення) окремо взятих видів живих організмів [9].

Як показують екологічні досліди, для функціонування замкнутої системи необхідно налагодити цикл передачі енергії та елементів від одного організму до іншого з огляду на біохімічні та фізіологічні фактори [3]. Так, описане у публікаціях М.Ю. Салтикова [4] дослідження екосистеми, у якому використовувалися лише трофічні ланцюга передачі і руху речовини по замкнутої системі, Демшевського не дозволяє зробити точного прогнозування її розвитку загалом. Отже, потрібно враховувати також додаткові лабораторні показники поведінки тварин і рослин під час постановки експерименту зі створення замкнутої системи. Наприклад, окремі особини виду (або весь вид) здатні під впливом стресових факторів (надмірна вологість, висока або низька температура, внутрішньовидові конфлікти і т. д.) почати харчуватися не тими елементами, які спочатку розраховувалися у трофічному ланцюзі [9].

Розглянемо трофічний ланцюг, що складається з двох видів продуцентів (водорості вольвокс (ю/юх), діатомові водорості) та одного представника консументу першого порядку - дафнії звичайної (йар1т1а рі1ех). При розміщенні вказаних живих організмів в акваріумі зі штучним освітленням консумент поїдає продуценти однаково. Згодом дафнія починає активно споживати вольвокс, накопичуючи енергію та речовину всередині виду йар1т1а рі1ех, що сприяє активному зростанню чисельності особин у популяції.За тривалого періоду такої ситуації виникає нестабільність екосистеми. У разі спостерігається великий стрибок зростання діатомових водоростей і чисельності дафній, а населення вольвоксу випадає з екосистеми [3].

Як правило, одна з головних проблем замкнутих екосистем - швидке зростання чисельності консументів першого порядку, що призводить до різкого зубожіння продуцентів. Отже, потрібний контроль кількості всіх особин популяцій [6]. Елімінування одних та зростання чисельності інших популяцій дестабілізує існуючу екосистему [7]. Для усунення складності, що виникла у процесі формування екосистем, слід опрацьовувати різні варіанти трофічних ланцюгів.

Проблеми під час створення замкнутих екосистем пов'язані з адаптацією і взаємини популяцій як усередині, і між ними. При побудові прототипів замкнутих екосистем рідко відстежувалася тенденція розвитку трофічних шляхів, і навіть адаптація організмів до нових умов. Так, у процесі побудови замкнутих моделей екосистем завжди використовувався один

емпіричний підхід (метод проб і помилок) [9], при якому в замкнуту систему завантажувалася велика кількість різних живих організмів, які часто не пов'язані між собою трофічними шляхами. У результаті багато живих організмів боролися за ресурси існування, витісняючи у своїй інших особин, які входять у трофічний ланцюг. Подібні дії призводять до втрати біорізноманіття всередині екосистеми, порушуючи таким чином циркуляцію хімічних елементів та живої речовини.

Для вирішення подібних проблем потрібно передбачити різні варіанти трофічних зв'язків, які можуть взаємозамінювати ланки в ланцюгах.Крім того, потрібно приділити особливу увагу адаптації популяцій, внаслідок чого буде відзначено зростання та розвиток видів, розмноження та смертність, а також змінність стадій онтогенезу живих організмів.

У різних видів є свої особливості у процесах адаптації. Рослини, що стосуються одного сімейства та однієї екологічної групи, по-різному проходять адаптацію в рівних умовах [11]. Головним показником збільшення біомаси у рослин є наявність росту листя, пагонів та кореневої системи [12]. У тварин спостерігаються такі самі процеси, проте вони обумовлені дещо іншими критеріями – зростанням організму до дорослої особини без загибелі молодняку ​​[5].

При вивченні адаптації слід враховувати динаміку збереження сталості чисельності особин. Цей показник може змінюватись у межах ±10 % [9]. У позитивний відсоток входять особи, що вижили і знову народжені, а в негативний - загиблі. Можливе різке зменшення чисельності особин під впливом негативних аспектів під час адаптації екосистеми. Подібне зниження найчастіше пояснюється біологічними причинами (паразитизм, зростання патогенів) [13], однак у процесі адаптації необхідно брати до уваги і абіотичні фактори. Наприклад, надмірна вологість повітря погано позначається на рослинах і тваринах та сприяє розвитку патогенних організмів, які викликатимуть уповільнення адаптації системи або зовсім її загибель [14]. Світло в закритій екосистемі позитивно впливає на синтез органічних речовин та регуляцію біологічних ритмів тварин. Світлова хвиля має максимально відповідати природному освітленню в природних біоценозах та мати довжину 430-780 нм [12].Крім того, на початку адаптації екосистеми слід штучно підтримувати рН водної системи: різке зниження або підвищення може спричинити загибель організмів або припинення їх фізіологічних процесів, уповільнюючи адаптацію організмів [13].

У світових дослідженнях відомий досвід побудови замкнених екосистем. Найбільш вдалі - "Біосфера-2", "БІОС-3", "Юегун-1", проте основною проблемою в них виявилася відсутність обліку циркуляції всіх речовин усередині системи та їх передачі від одного трофічного рівня до іншого. Проекти ґрунтувалися на повному відтворенні біосфери планети Земля, проводився ізольований поділ системи на природні біоми. Проте масштаби не дозволили відстежувати всі процеси, що призвело до надлишку С02, нестачі кисню та інших питань. Отже, перед створенням великого біогеоценозу є необхідність організації прототипу екосистеми для аналізу можливих складнощів, які можуть виникнути при встановленні рівноваги в системі.

ізольованої замкнутої екосистеми

Як ємність для меж екосистеми використовується акваріум на 80 л, заповнений на 1/3 водою з камінням та ґрунтом. Усередині встановлюються пластикові перегородки для розмежування та утримання ґрунту від змішування з водною складовою (рисунок 1).

Вся конструкція умовно розбита на сушу з ґрунтом та наземними популяціями, а також на водну частину з відповідними видами та популяціями.

Водна частина розділена на відкриту та закриту зони. Закрита розташована під сушею і включає

Рисунок 1 – Візуалізація побудови екосистеми в акваріумі: 1 – імітація суші; 2 - камера хлорели та діатомових водоростей; 3 – камера водного середовища; 4 - порожнина під фальшдном

простору для зростання кореневої маси водостійких рослинДно заповнене мінеральним завантаженням (галькою) для фіксації коріння.

Відкрита частина містить три відсіки. У нижньому є обладнане сіткою фальшдно, призначене для фільтрації від продуктів життєдіяльності. Простір під дном з'єднаний з другим відсіком у нижній частині конструкції таким чином, щоб не створювалися перешкоди при русі води.

Другий відсік водної частини знаходиться в середині акваріума, височить на 1,5 см від рівня води та оснащений розділовими конструкціями (сітками) з усіх боків. Отриманий відсік призначений у розвиток водоростей. Основні резервуари, встановлені для проживання живих організмів, розташовуються з обох боків другого відсіку. Їхнє дно заповнене гравієм та дрібною галькою.

Конструкція імітації суші необхідна для проростання водостійких рослин, а також як довкілля дрібних тварин. Як і водне середовище, воно розділене на три відсіки, що мають поглиблення, отвори для проростання коренів рослин усередину конструкції з метою поглинання звідти мінеральних елементів.

Зверху установка ізольована прозорим склом; ззовні конструкції розміщується джерело освітлення – світлодіодна лампа з довжиною хвилі 430-740 нм.

Опис трофічних зв'язків

між організмами всередині замкнутої екосистеми

Створення прототипу замкнутої екосистеми виходить з процесах, які у природних умовах. При постановці експерименту за основу трофічних зв'язків було виділено вже існуючі ланцюга планети Земля, а критерії оцінки адаптації популяцій прийнято зростання та розвитку організмів, чисельність популяцій, динаміка розмноження і смертність.

У водному середовищі основи трофічних систем у експерименті складають хлорела і діатомові водорості.Вони споживають елементи, необхідні для фотосинтезу, виробляють велику кількість органічних речовин та виділяють кисень. Одноклітинні організми здатні до швидкого поділу та приросту біомаси, що буде кормовою базою для водних консументів [7]. Крім того, одноклітинні рослини можуть поглинати вуглекислий газ та азотні речовини. У водному середовищі тварини - головні споживачі органічних речовин, при диханні вони виділяють вуглекислий газ, який входить у процес живлення одноклітинних [8].

Люцерна посівна Medicago sativa L.

Вівсяниця сиза Festuca glauca Lam.

Політрихум звичайний Polytrichum commune

Адіантум Adiantum capillus-veneris L.

Фестулоліум Festuca x Lolium

Попелиця чорна Aphidoidea spp.

Чорний садовий мураха Lasius niger

Росянка довголиста Drosera anglica Huds.

Малюнок 2 - Трофічні ланцюги в установці

Продукти життєдіяльності водних рослин, а саме частини, що відмирають, і органи, поступово розкладаються. Частини цих рослин також включені в процес трофічних шляхів живлення водних тварин. Водні тварини (креветки), що відмирають, увійдуть у харчовий ланцюг равликів, що проживають у даній системі. Самі равлики при відмиранні стануть ланкою харчового ланцюга один одного та хижого равлика хелени (Anentome helena), яка після відмирання також послужить частиною харчового ланцюга інших равликів. Малюнок 2 ілюструє всі трофічні ланцюги в установці.

Під фальшдом розміщується велика кількість редуцентів (мікроорганізмів) разом із водоростями. Тут проходять процеси розпаду органічної речовини до їх складових, що є чудовою поживною базою для рослин та водоростей.

Трофічні зв'язки суші представлені двома рівнями консументів.Консумент першого рівня – попелиця чорна (Aphidoidea spp.); Консумент другого рівня - чорна садова мурашка (Lasius niger). Дані тварини у природному середовищі виробили систему співіснування. Вона полягає в тому, що мурахи знаходяться в симбіотичних відносинах з попелицею, поширюючи її по рослині та контролюючи чисельність шляхом поїдання зайвих особин. Мурахи заселяються зокрема контролю зростання рослинної біомаси.

Для зниження чисельності попелиць і мурах також передбачено рослину росянку англійську (Drosera anglica Huds.) - комахоїдну, нездатну харчуватися елементами з ґрунту. За допомогою спрацьовує один раз листа (ловчого апарату) рослина вловлює комах, а згодом протягом тривалого часу споживає їх елементи. Потім лист засихає і потрапляє на ґрунт, де увійде до кругообігу речовин ґрунту.

Трофічна система суші частково пов'язана з водяною. Трофічний шлях включає продуцентів: люцерна посівна (Medicago sativa L.), політрихум звичайний (Polytrichum commune), костриця сиза (Festuca glauca Lam.), фестулоліум (Festuca х Lolium) і папороть адіантум (Adiant. Дані рослини обрані з огляду на найкращі показники інтенсивності фотосинтезу (ІФ), низькорослості та водостійкості. Крім того, фестулоліум та адіантум є водоочисниками. Конструкція дозволяє їх кореневій масі проникнути під ґрунтовий шар фальшдна та витягувати звідти надлишки азоту та інших поживних елементів. Люцерна виступає як симбіотичний організм і зв'язується з азотофіксуючими бактеріями, які накопичують азот у ґрунті чи тканинах самої рослини.

Для вивчення процесу адаптації організмів у замкнутій екосистемі слід виділити кілька критеріїв - стійке зростання та розвиток популяцій.

В результаті експерименту оцінюється приріст рослинної біомаси всіх продуцентів, що входять до трофічних ланцюгів замкнутої екосистеми. Фіксується кількість окремих рослин, середня кількість листя, середня кількість стебел або гіллястість, а також приріст коренів у сантиметрах. У тварин (креветка неока-рідина, попелиця чорна, равлик котушка) визначаються чисельність особин у популяції, її приріст чи смертність.

Як абіотичні фактори вивчаються вологість (%), температура (°С), рН. Вологість і температура вимірюються гігрометром і термометром, вбудованими всередину екосистеми. Рівень рН перевіряється Tetra WaterTest Set, відбір води відбувається за допомогою зовнішньої трубки, зануреної у водне середовище екосистеми.

Отримані показники сприяють розумінню етапу розвитку ізольованої екосистеми, встановленню моменту акліматизації, а також руху парів води у системі. Динаміка розвитку популяції дозволяє з'ясувати момент завершення адаптації та визначити первинну спрямованість розвитку симбіозу трофічних зв'язків.

Після того, як створено прототип замкнутої екосистеми та запущено популяції живих організмів, як у водному середовищі, так і на суші спостерігається процес адаптації. Про це свідчить низка показників: розвиток та зростання окремих організмів, а також чисельності популяції.

Дані таблиці показують показник приросту вегетативних органів рослин. Збільшення біомаси свідчить про адаптацію рослин, інтенсивне споживання ними мінеральних речовин та газів з навколишнього середовища. Зростання листя вказує на активне поглинання світлової хвилі та протікання фотосинтезу.Як наслідок, активізується дихання та прискорюється накопичення органічних речовин усередині рослин. Починається формування вторинних метаболітів та великої кількості енергії у вигляді аденозинтрифосфату (АТФ). При накопиченні АТФ у рослин стимулюється зростання регенеративних органів – стебел та коренів.

Описуваний процес активно спостерігається у фе-стулоліуму (міжвидовий гібрид) - рослина була виведена для пасовищних цілей, має високий показник

Таблиця - Показники зростання та розвитку вегетативних частин рослин

Назва рослин Кількість Середня кількість листя Приріст Середня кількість стебел або гіллястість Приріст Приріст коренів, см Приріст

Дані на 06.05.2020 Дані на 25.05.2020 Дані на 06.05.2020 Дані на 25.05.2020 Дані на 06.05.2020 Дані на 25.05.2020

Мох стрінги Stringy moss 1 30 45 15 20 25 5 - - -

Мох полум'я Flame moss 2 30 45 15 20 25 5 - - -

Ломаріопсис Lomaríopsis linea ta 2 60 80 20 15 20 5

Елеохаріс Шингу Eleocharís sp. 2 18 23 5 1 7 6 2 5 3

Хеміантус Куба Hemianthus callitrichoides 30 40 42 2 50 58 8

Погостемон хелфері Pogostemon helferi 1 10 12 2 1 2 1 - - -

Анубіас афцелі Anubias afzelii 2 44 46 2 3 8 5 - - -

Люцерна посівна Medica до sativa L. 2 21 27 6 1 2 1 - - -

Вівсяниця сиза Festuca glauca Lam. 15 4 5 2 1 2 1 - - -

Політрихум звичайний Polytrichum commune 15 18 20 2 1 2 1 - - -

Адіантум Adiantum capillus-veneris L. 1 46 55 9 9 11 2 - - -

Фестулоліум Festuca x Lolium 1 18 23 6 1 6 5 15 19 4

Росянка довголиста Drosera anglica Huds. 1 6 9 3 1 2 1 - - -

інтенсивності фотосинтезу, а також підвищеним накопиченням цукрів усередині стебел.

У цій статті наведено результати 19-денного дослідження в період 6-25 травня 2020 р.(у цей час екосистема перебувала у процесі первинної адаптації). На момент публікації спостереження продовжуються.

На основі вищесказаного можна зробити такі висновки. Активний розвиток рослин свідчить про правильне утворення стійкості в замкненій екосистемі через їхню чутливість до світлового режиму та кліматичні умови. Поряд з цим вони виступають одними з головних організмів, що стабілізують живильні ланцюги та газовий баланс екосистеми загалом.

У рослин у встановленні спочатку виникає дефіцит вуглекислого газу; при адаптації процесів транспірації (балансу спожитого газу) спостерігається зростання вегетативних органів. У міру акліматизації та розвитку чисельності популяцій конкуренція знижується. Єдина конкуренція між усіма популяціями - боротьба за вуглекислий газ між рослинами, а також за кисень у креветок, що живуть у воді.

Показники малюнку 3 ілюструють чисельність тварин у досліджуваної екосистемі. У період спостереження кількість равликів котушок збільшилася з 6 до 23; попелиці чорної - з 30 до 80; креветки неокаридини знизили свою чисельність із 15 до 6 особин.

У зв'язку з тривалою адаптацією водоростей та водних рослин через активний розпад органічної речовини 26 травня 2020 р. у воді спостерігався знижений рН 5,4. В результаті окислення органічної речовини виділилася велика кількість вуглекислого газу та знизився рівень кисню. Таке значення pH прискорило

Малюнок 3 - Чисельність тварин, %

загибель креветок, однак 10 червня 2020 рн склав 7,5, що свідчило про адаптацію рослин і водоростей у водному середовищі. Це сприяло підвищенню концентрації кисню та нейтралізації кислотності та, як наслідок, зниженню смертності креветок.Для саморегулювання чисельності креветок неокаридину як джерело живлення 11 червня 2020 р. було додано новий організм - циклоп (Cyclops sp.) (існувала ймовірність дисбалансу вуглекислого газу та кисню, що могло призвести до загибелі всієї популяції креветок). Після введення додаткового консументу чисельність креветок перестала зменшуватися та стабілізувалася.

З отриманих даних очевидно, що проходить індивідуальна адаптація організмів, проте для становлення трофічних зв'язків між собою та адаптації до абіотичних факторів потрібно більш тривалий проміжок часу, ніж окремо взяті організми. Підтримка постійних параметрів довкілля дозволяє прискорити адаптацію популяцій [11, 15-17]. Герметизація та ізолювання прототипу екосистеми можливі після основної акліматизації видів. Згідно зі спостереженнями цей момент реальний при стійкому зростанні чисельності видів, активності хижаків та балансі газового середовища - надходженні кисню та вуглекислого газу та їх споживанні всіма організмами замкнутої екосистеми.

Адаптивні процеси популяцій свідчать, що йде правильно. Загибель окремих особин усередині популяції сприяє скороченню навантаження на нижчий трофічний рівень, дозволяючи йому провести свою адаптацію та приріст біомаси. Однак через абіотичні фактори та різке зниження введення окремих елементів, наприклад органічної речовини, може відбуватися різке зменшення або загибель основних ланок трофічної системи внаслідок голоду.

При побудові великих замкнутих систем (більшої площі) на перших етапах необхідно вести посилений контроль надходження та споживання різних неорганічних речовин, а також моніторинг кількості особин у момент адаптації. У міру збалансованого зростання та встановлення сталості чисельності подібні відстеження доцільно припинити та перейти до загальних систем вивчення динаміки популяції.

У разі загибелі значної кількості особин усередині популяції слід вивчити насамперед усі абіотичні чинники впливу організм і лише потім - біологічні. Виявлену причину потрібно усувати штучно – шляхом додавання чи вилучення фактора з екосистеми. При неможливості цієї дії варто провести заміну трофічних ланок.

та подальші напрямки дослідження

При створенні ізольованих екосистем потрібно проходження основного процесу - адаптації обмеженої кількості живих організмів (як видів, так і особин), взятих із глобальної природної екосистеми - біосфери планети, що містить мільйони видів живих організмів з безліччю складних взаємозв'язків, у тому числі трофічних, - і перенесених у штучно створену локальну екосистему. Всі організми потрапляють з природного довкілля в новий незбалансований біогеоценоз і перебувають під впливом раніше невідомих екологічних умов замкнутої системи.

У результаті дослідження вдалося простежити становлення штучних трофічних зв'язків, взаємодія між живими організмами, і навіть процеси адаптації всієї популяції. Швидкість адаптації рослин до замкнутого середовища виявилася кращою, ніж у тварин, що діагностувалося за активним приростом рослинної біомаси.Тварини адаптуються гірше внаслідок їх вищих вимог до умов навколишнього світу. Трофічні зв'язку були побудовані правильно, оскільки в процесі експерименту не спостерігалося зникнення будь-яких видів живих організмів; більше, відбувалася їхня взаємодія.

За підсумками поставленого експерименту виникли додаткові питання, які потребують подальшого опрацювання: розгляд умов, що призводять до постійного балансу газообміну у водному середовищі внаслідок життєдіяльності живих організмів; проведення ряду спеціальних досліджень із ізолювання різних трофічних систем (з лабораторними вимірами показників руху газу). Слід вивчати концентрацію кисню, вуглекислого газу, вміст основних елементів у воді та ґрунті для більш детального з'ясування стану екосистеми; інтенсивність фотосинтезу рослин у замкнутих екосистемах. Для розв'язання даних завдань необхідно сконструювати установку закритої екосистеми, розраховану на проживання людей, та проводити з неї прямі відбори зразків. Крім цього, варто проаналізувати сезонність та зміну погодних умов у замкнутих екосистемах (це один з головних показників. Більшість рослин тісно пов'язані з сезонністю та залежно від різних кліматичних умов переходять у ту чи іншу фазу росту).

На підставі проведеного дослідження можна зробити висновок, що процес адаптації живих організмів у замкнутій екосистемі є обов'язковим.

й у ЕКД [2] він має бути поетапним. Отримані результати планується використовувати при проектуванні ЕКД-Земля - ​​по суті, біосферного розплідника для ЕКД на орбіті, де адаптація живих організмів відбуватиметься протягом декількох років, що дозволить відпрацювати різні завдання та нові питання.Одним з варіантів для адаптації елементів екосистеми ЕКД можуть служити створені на Землі міні-екосистеми, наприклад, у капсулах загальнопланетарного транспортного засобу (ОТС) [2], в яких запустять процес адаптації всіх живих складових. момент буде лише ґрунт (її склад збалансований ще при приготуванні на Землі). міні-екосистеми масштабуються в ЕКД, там же пройдуть адаптацію вищі рослини та тварини, які вже на Землі почали пристосовуватися саме до подібних замкнутих умов.

У опрацюванні цих та інших рішень автори бачать наступний напрямок досліджень у цій сфері.

1. Стадницький, Г. В. Екологія: підручник / Г.В. Стадницький.

2. Юніцький, АЕ. Струнні транспортні системи: на Землі та в Космосі: наук. видання / А.Е.

3. Міркін, Б. Основи загальної екології / Б. Міркін, Л. Наумова. – Litres, 2017. – 214 с.

4. Салтиков, М.Ю. Залежність стійкості моделей замкнених екосистем від числа Салтиков, С.І. , № 2. -С.

5. Смирнова, О.В. Сукцесія та клімакс як екосистемний процес/О.В.

6. Нагаєв, С.В.

С.В. Нагаєв [та ін] / / Сибірський журнал індустріальної математики. – Т 2, № 2. – С. 147-152.

7. Хомутова, Т.Е. Сукцесія мікробного співтовариства сірого лісового грунту при розкладанні різних органічних сполук /Т.

8. Чернишов, В.Б. Екологія комах/В.Б.

9. Дегерменджі, А.Г. Створення штучних замкнутих екосистем земного та космічного призначенняТихомиров // Вісник Російської академії наук. – 2014. – Т. 84, № 3. – С. 233-242.

10. Dong, C. Twin Studies in Chinese Closed Controlled Ecosystem with Humans: Діяльність elevated CO2 Disturbance on Gas Exchange Characteristics / C. Dong [et al.] // Ecological Engineering. – 2016. – Vol. 91. -P. 126-130.

11. Панфілова, О.Ф. Екологічна фізіологія рослин як теоретична основа раціонального землеробства/О.Ф. Панфілова, Н.В. Пильщикова // Актуальні проблеми екології та природокористування в сучасних умовах: матеріали між. наук.-практ. конф, Кіров, 5-7 груд. 2017 р. – Кіров, 2018. – С. 180-184.

12. Кузнєцов, В.В. Фізіологія рослин 2 т. /В.В. Кузнєцов, Г.А. Дмитрієва. – К.: Юрайт, 2016. – Т. 2. – 201 с.

13. Ulanowicz, R.E. Mass and Energy Flow in Closed Ecosystems / R.E. Ulanowicz // Journal of Theoretical Biology. -2010. - Vol. 34, No. 2. - P 239-253.

14. Дорошенко, Є.А. Вплив вологості на ґрунтові міцеліальні бактерії / ЕА. Дорошенко [та ін] // Вісник Московського університету. Серія 17: Грунтознавство. -2006. - №1. - С. 45-48.

15. Свістова, І.Д. Мікробна сукцесія в чорноземах заповідника «Релецький степ» під впливом тривалого агрогенного впливу / І.Д. Свистова, Л.Д. Стахурлова / / Російська сільськогосподарська наука. – 2019. – № 1. – С. 40-42.

16. Dubois, S. Origin and Composition of Sediment Organic Matter in Coastal Semi-Enclosed Ecosystem: Elemental and Isotopic Study in Ecosystem Space Scale / S. Dubois [et al] // Journal of Marine Systems. – 2012. -Vol. 94. – P. 64-73.

17. Mei, W. Adaptation in Plant Genomes: Bigger is Different/ W. Mei [et al.] // American Journal of Botany. – 2018. -Vol. 105, No. 1. – P. 16-29.