Искусственная биосфера планетарного объёма?

[bob]

Интересно, какие будут точки зрения на выживаемость искусственно созданной всепланетарной биосферы. Про экспериментальные биокомплексы "Биосфера -1..2" замкнутого цикла и их печальную судьбу, я полагаю, все здесь хоть раз, но слышали.
http://www.priroda.su/item/1281
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0-2
Мы не умеем создавать сбалансированные замкнутые биосферы, способные уцелеть дольше пары лет. А теперь предлагаю подумать вот над чем: в одной из соседних тем мы пришли к принципиальной возможности на современном (или очень близком к современному) техническом уровне отправить на выбранную экзопланету биозонд, который совершит посадку и станет инкубатором отобранных нами неприхотливых образцов простейшей флоры и фауны на этой планете. Допустим, анаэробных микроорганизмов.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,124992.msg3504117.html#msg3504117
То есть, при обнаружении более или менее землеподобной экзопланеты в радиусе нескольких десятков парсек, напоминающей Землю в Катархейской эре (когда на ней ещё нет ни жизни, ни свободного кислорода), мы можем попытаться заразить её земными формами жизни. Начать, так сказать, эволюцию жизни с нуля по собственному желанию и проекту. Что при этом может нам помешать?

(Принципиально ядовитые грунты, гидросферы и атмосферы не рассматриваем. Экзопланета является двойником катархейской Земли. Наш зонд опустился примерно на береговую линию - нам доступны и экзоморе, и экзосуша одновременно.)

[Golossvyshe]

Интересно, какие будут точки зрения на выживаемость искусственно созданной всепланетарной биосферы. Про экспериментальные биокомплексы "Биосфера -1..2" замкнутого цикла и их печальную судьбу, я полагаю, все здесь хоть раз, но слышали.

С таким же успехом можно было попытаться построить атомный реактор, имея в наличии миллиграмм урана или плутония. Для того чтобы реакция стала цепной и самоподдерживающейся, нужна критическая масса в критическом объёме.

БИОСФЕРА осуществима лишь в планетарном масштабе. Все эксперименты, начиная с ветхозаветной «колбы Пастера» до «Биосферы-2» не дотягивают до критической массы много порядков.

Экзопланета является двойником катархейской Земли. Наш зонд опустился примерно на береговую линию - нам доступны и экзоморе, и экзосуша одновременно.)

Все ныне живущие на Земле организмы погибли бы в катархее практически мгновенно. Ну, может, кукуруза и др. растения, обладающие световым дыханием, дотянули бы до ночи. До первой ночи…

А впрочем, зёрна кукурузы в тех условиях банально не проросли бы. Зародыши же нуждаются в кислороде.
И даже нынешние микробы, избалованные обилием О2 (и обладающие высокой устойчивостью к этому чрезвычайно мощному молекулярному яду, кстати) в анаэробных условиях погибли бы безоговорочно. Такие опыты проводились неоднократно – при содержании О2 ниже точки Пастера даже споры сибирской язвы не в состоянии ожить в самом питательном из возможных бульонов.
 Ну, может, какие-нибудь анаэробы, обитатели нефтяных пластов, уже миллиарды лет как загнанные аэробами-победителями на километры вглубь, сумели бы освоиться в мире своих предков.
Да и то не факт. Они же привыкли к нефти, а тут – первичный океан, адская смесь с точки зрения ныне живущих обитателей Еартыха.

Тогда, 4 млрд лет назад, была совершенно ДРУГАЯ БИОСФЕРА.
Тогда была ДРУГАЯ ПЛАНЕТА. Абсолютно. И то, что вращалась она по той же орбите, что и нынешняя, ничего в данном случае не значит.

[bob]

Да и то не факт. Они же привыкли к нефти, а тут – первичный океан, адская смесь с точки зрения ныне живущих обитателей Еартыха.
Тогда, 4 млрд лет назад, была совершенно ДРУГАЯ БИОСФЕРА.
Тогда была ДРУГАЯ ПЛАНЕТА. Абсолютно. И то, что вращалась она по той же орбите, что и нынешняя, ничего в данном случае не значит.

Вообще, я тоже вижу это примерно так. Учёные часто любят искать и охотно находить среди ныне живущих организмов "живые реликты прошлых эпох". Но выжила бы современная латимерия в палеозойском море, что-то меня сомнения берут. Наверное бы сдохла сразу. Естественно, анаэробов сейчас хоть пруд пруди, но они приспособлены к современному, в целом аэробному биотопу, без которого они никто и звать их никак. И современная сине-зелёная водоросль тоже совсем не та, что была в раннем архее.
Почему я поставил этот вопрос? Объясню: большинство склонно объяснять крах "Биосферы-2" тем, что биосистема была замкнута, герметизирована.
http://biofile.ru/bio/22518.html
Но мне кажется сейчас, что следовало бы начать с той гипотетической "Биосферы-3" , которую я и предлагаю обсудить. А именно - с попытки повтора чего-то вроде "Биосферы-2" во вполне открытом, незамкнутом цикле СЖО. Допустим, что цикл разомкнут, что вода и воздух подаются извне, и отходы тоже можно вывести наружу. Есть у меня серъёзное подозрение, что кончилось бы всё ещё хуже. Дело в том, что наши знания о существующих биотопах крайне расплывчаты и обрывочны. И даже вполне открытого, не ограниченного, биотопа мы спроектировать пока не можем. Все эти красивые искусственные джунгли "Биосферы-2" так же сгнили бы, и поросли бы банальным чертополохом с крапивою.

А предельный гипотетический случай я описал выше. СЖО тоже незамкнута, межвидовая борьба с местными видами исключена, экзопланета стерильна. Чистой воды, суши и атмосферы вдоволь. Живи, хоть обживись. А вот можем ли мы, на самом деле, сварганить в этих идеальных условиях биотоп, способный к борьбе за живучесть. Даже если ничто ему не мешает. Но и не помогает.
То есть, прежде, чем замахиваться сразу на большее (на всякие вечные самодостаточные оранжереи на звездолётах поколений и пр.), следует разобраться в малом: а умеем ли мы всё это делать в принципе. И возможно ли это в принципе. Даже в разомкнутой биосистеме при бесконечных доступных ресурсах.

[LonelyWanderer]

БИОСФЕРА осуществима лишь в планетарном масштабе. Все эксперименты, начиная с ветхозаветной «колбы Пастера» до «Биосферы-2» не дотягивают до критической массы много порядков.

Биосфера осуществима в любом масштабе, даже в яйце от киндер-сюрприза. От масштаба биосферы зависит только размер живых существ там.
В бутылке - только микробы, производящие и потребляющие кислород. В масштабе экспериментов  Биосферы - могут быть травянистые растения и мелкие кустарнички не больше черники, а из животных - максимум мелкие насекомые, меньше муравьев, размером с блоху. Биосфера размером с остров в несколько километров поперечником - кустарниковая растительность, а из животных - только насекомые, в т.ч. крупные. Биосфера размером с британский остров - леса, а из животных - небольшие млекопитающие, размером с лису, мышь, небольшие птицы.
Для естественной биосферы, содержащей человека (я имею ввиду доиндустриального периода) нужно минимум несколько сотен тысяч километров территории, а скорее пару миллионов. Если человек будет искусственно бороться с нижними ступеньками, потребляющими кислород и прочие ресурсы, что и сам человек, то можно снизить минимальный размер территории, но  всё-равно на 1 человека нужно минимум гектар земли.

Пищевую пирамиду никто не отменял. Уменьшая её основание, но оставляя углы одинаковыми, становится понятно, на каких этапах будут исчезать верхние ступеньки пирамиды.
Человек в эксперименте Биосферы получился ярусом, намного большим, чем ступеньки под ним, вот эта пирамида покосилась и рухнула.

[bob]

Человек в эксперименте Биосферы получился ярусом, намного большим, чем ступеньки под ним, вот эта пирамида покосилась и рухнула.

Там не один человек был выше ярусом. Почти вся флора "Биосферы-2" была тоже раз в сто выше ярусом, чем положено на нескольких гектарах. Поэтому я выше и пошутил о крапиве, которая задушит любую "Биосферу" даже в незамкнутом виде. У соседа на даче стоит парник. Сосед беспробудно пьёт, и им не занимается. Так в его незамкнутой "Биосфере", исходно населённой помидорами и огурцами, из всех видов флоры выжила только крапива. А благодаря тепличным условиям она стала  раза в два выше человеческого роста, как корабельный лес, и плотно заняла всё доступное пространство.

[LonelyWanderer]

Человек в эксперименте Биосферы получился ярусом, намного большим, чем ступеньки под ним, вот эта пирамида покосилась и рухнула.

Там не один человек был выше ярусом. Почти вся флора "Биосферы-2" была тоже раз в сто выше ярусом, чем положено на нескольких гектарах. Поэтому я выше и пошутил о крапиве, которая задушит любую "Биосферу" даже в незамкнутом виде. У соседа на даче стоит парник. Сосед беспробудно пьёт, и им не занимается. Так в его незамкнутой "Биосфере", исходно населённой помидорами и огурцами, из всех видов флоры выжила только крапива. А благодаря тепличным условиям она стала  раза в два выше человеческого роста, как корабельный лес, и плотно заняла всё доступное пространство.

В случае удаления человека из Биосферы-2, но продолжения эксперимента на долгое время (столетия и больше), постепенно и деревья с кустарниками загнулись бы и осталась бы только трава и мелкие кустарнички, если они там были. Но не по той причине, по которой там не хватает места животным (нехватка питания и одновременно кислорода), а просто потому, что популяция живых существ должна содержать большое количество экземпляров. А так, искусственно, крупные растения, конечно гораздо более устойчивы к ограниченным пространствам, чем животные.

[bob]

В общем, предлагаю идею. Вот наш биоспутник сел в прибрежной полосе экзопланеты, на мелководье, и раскинул панели оранжереи с питательным раствором и подобранным составом живучих анаэробных одноклеточных бактерий и водорослей. Предлагаю, для начала, заселить оранжереи и аэробами тоже, даже мелкими многоклеточными формами, создав биотоп. Можно поддать радиации из реактора для ускорения мутаций и начать поставлять кислород, расщепляя местную воду. Вода и грунт используются местные. Задача бортового компьютера - постепенно, год за годом, до момента деградации бортового реактора, снижать концентрацию кислорода в водичке от земного уровня до нуля. И только потом, когда биоспутник полностью сдохнет, открыть его полностью для выхода получившихся форм в море. В общем, предлагаю устроить небольшую эволюцию длительностью лет в двадцать, до полной адаптации анаэробов. Как Вам такая мысль? Смогут ли они создать местный биотоп себе под себя на костях фрагмента исходно земного биотопа? Естественно, сами они изменятся под новые условия, вернутся к своим архейским корням, в какой-то доступной им степени.

[LonelyWanderer]

В общем, предлагаю идею. Вот наш биоспутник сел в прибрежной полосе экзопланеты, на мелководье, и раскинул панели оранжереи с питательным раствором и подобранным составом живучих анаэробных одноклеточных бактерий и водорослей. Предлагаю, для начала, заселить оранжереи и аэробами тоже, даже мелкими многоклеточными формами, создав биотоп. Можно поддать радиации из реактора для ускорения мутаций и начать поставлять кислород, расщепляя местную воду. Вода и грунт используются местные. Задача бортового компьютера - постепенно, год за годом, до момента деградации бортового реактора, снижать концентрацию кислорода в водичке от земного уровня до нуля. И только потом, когда биоспутник полностью сдохнет, открыть его полностью для выхода получившихся форм в море. В общем, предлагаю устроить небольшую эволюцию длительностью лет в двадцать, до полной адаптации анаэробов. Как Вам такая мысль? Смогут ли они создать биотоп себе под себя?

Мне такая идея тоже в голову приходила. Но только на адаптацию может понадобится больше времени, чем "оранжерея" сможет функционировать.

[BlackMokona]

В общем, предлагаю идею.

Зачем это делать на месте, не проще на Земле получить подходящие, и потом их привести? За каждый грамм полезной нагрузки, нашего чудо звездолёта, можно по 100 видов вывести нужных бактерий, заточить под все виды условий на планете по всему диапазону погрешности, чтобы куда зонд не грохнулся, везде нашлись нужные. Это выйдет явно дешевле, чем подобная система.

[Rattus]

Мы не умеем создавать сбалансированные замкнутые биосферы, способные уцелеть дольше пары лет.

Ну что-ж Вы свои собственные источники не читаете, раз такие глупости пишете? Там же нашел по ссылке исключительно успешный советский проект сорокалетней давности БИОС-3:
http://www.priroda.su/item/3254
http://ria.ru/krsk/20131108/975558867.html
http://www.ibp.ru/labs/mc.php
Основная проблема - недостаток продукции белка. Решается существенным увеличением объема системы (для повышения фиксации азота - это самый энергозатратный процесс), а также основательной генетической оптимизацией её обитателей.

Прокариот тоже не нужно адаптировать под очень конкретные условия - они сами прекрасно садаптируются сразу, если их тип метаболизма под основные химические параметры подобрать правильно (можно даже калий на аммоний практически весь заменить в клетке - бактерии будут только рады). А если не подобрать - не адаптируются никогда. Эукариоты же без кислорода больше червей ничего не дадут.

[Проходящий Кот]

"Биосфера-2" даже такая глупая дала вывод ---- без разума такая биосфера будет всегда деградировать.

Что касается собственно темы ----- то что мешает, как уже тут предлагалось, заранее подготовить нужный набор микробов.
Теплица здесь тоже нужна, она позволит дать время на первичную адаптацию.
Только всё это в первобытном океане......

[bob]

Зачем это делать на месте, не проще на Земле получить подходящие, и потом их привести? За каждый грамм полезной нагрузки, нашего чудо звездолёта, можно по 100 видов вывести нужных бактерий, заточить под все виды условий на планете по всему диапазону погрешности, чтобы куда зонд не грохнулся, везде нашлись нужные. Это выйдет явно дешевле, чем подобная система.

Хорошая мысль. В принципе, никто этому не мешает. Если мы заранее знаем условия на планете-мишени, провести эволюционный тренинг биотопа никто не мешает и заранее, до вылета.

[Corvus_cornix]

Естественно, анаэробов сейчас хоть пруд пруди, но они приспособлены к современному, в целом аэробному биотопу, без которого они никто и звать их никак. И современная сине-зелёная водоросль тоже совсем не та, что была в раннем архее.

А в чём конкретно заключается неприспособленность современных бескислородных к бескислородной атмосфере?

[Проходящий Кот]

Там на месте жрать некого будет, придется всё самим делать. Но в течении нескольких лет это упущение будет исправлено........

[bob]

Относительно мотивов подобных пусков можно сказать следующее: здесь во главу угла ставится не выгода для текущих поколений страны-импортёра или даже человечества в целом. Такие полёты рассчитываются на тысячи и десятки тысяч лет с момента запуска. А результатов надо ждать миллионы лет, когда цивилизации с гарантией уже не будет. Здесь мотивом может выступать только желание спасения нашего генокода от войн, глобальных катастроф или просто биологического вымирания. Если есть некая категория людей, которым будет спокойнее, что генокод Земли сохранён. Что, несмотря на их вымирание, где-то, в далях вселенной, под чужими солнцами, однажды вырастут их дальние потомки. Может быть они будут совсем не такими, как мы. Может быть там эволюция пойдёт другими, неведомыми нам, путями. Может быть, это будут какие-нибудь разумные рыбы, амфибии, пресмыкающиеся, головоногие или какие-то пост-млекопитающие. Но генокод у них будет наш. Некоторый смысл в этом есть. Многие борются за спасение в несгораемых сейфах и архивах заигранных и поломанных игрушек цивилизации: каких-то там научных знаний, надоевшей организации и замшелого порядка... Но зов крови всё-таки первичен.  Может быть, у них будет такая же манера думать, как у нас. Или они вспомнят о нас, анализируя остатки артефактов времён переселения... Кто знает... 

А в чём конкретно заключается неприспособленность современных бескислородных к бескислородной атмосфере?

Биотопа сопутствующего им не хватит. Подавляющую часть того, что едят современные бескислородные порождается только кислородными. Ну, вспомните, хотя бы, процесс нашего собственного разложения, если что.

Теплица здесь тоже нужна, она позволит дать время на первичную адаптацию.
Только всё это в первобытном океане......

Попробуем и теплицу. 

[noxx77]

Боб, заразить можно, даже, думаю, примитивными эукариотами включительно. Ядовитость, кстати, почти не проблема - жизнь жрёт за милый мой и мышьяк и перхлораты. Главное, наверное, в "коктейль" включить что-то способное на подобное. Но вот сама эволюция - дело в лучшем случае сотен миллионов лет, а её потенциал будет зависеть от условий. В общем, это даже колонизацией назвать трудно.

[bob]

Боб, заразить можно, даже, думаю, примитивными эукариотами включительно.

А вот сомнительно. Заразить-то можно, но все передохнут. На фоне этих размышлений я удостоверился в том, что наши требования стерилизации спускаемых аппаратов - чистая гордыня. Мы слишком уверены, что мы способны реально заразить мёртвые пустыни Луны, Марса или Титана. Это блажь. Мы не смогли бы это сделать даже если бы готовились к этому тысячи лет. 

[noxx77]

Мы не умеем создавать сбалансированные замкнутые биосферы, способные уцелеть дольше пары лет.

Ну что-ж Вы свои собственные источники не читаете, раз такие глупости пишете? Там же нашел по ссылке исключительно успешный советский проект сорокалетней давности БИОС-3:
http://www.priroda.su/item/3254
http://ria.ru/krsk/20131108/975558867.html
http://www.ibp.ru/labs/mc.php
Основная проблема - недостаток продукции белка. Решается существенным увеличением объема системы (для повышения фиксации азота - это самый энергозатратный процесс), а также основательной генетической оптимизацией её обитателей.

Прокариот тоже не нужно адаптировать под очень конкретные условия - они сами прекрасно садаптируются сразу, если их тип метаболизма под основные химические параметры подобрать правильно (можно даже калий на аммоний практически весь заменить в клетке - бактерии будут только рады). А если не подобрать - не адаптируются никогда. Эукариоты же без кислорода больше червей ничего не дадут.

Раттус, БИОСЫ - искусственно созданные и регулируемые системы, а Биосфера-2 - попытка смоделировать естественный, правда чрезвычайно топорная. При заражении/засеве планеты без регулирующего разума, что произойдёт с биосферой и её потенциал к развитию - вопрос вопросов, на который, думаю, стоит отвечать в каждом конкретном случае отдельно.

[bob]

БИОС-3

Над этим надо ещё подумать. Спасибо за идею.

[noxx77]

Боб, заразить можно, даже, думаю, примитивными эукариотами включительно.

А вот сомнительно. Заразить-то можно, но все передохнут. На фоне этих размышлений я удостоверился в том, что наши требования стерилизации спускаемых аппаратов - чистая гордыня. Мы слишком уверены, что мы способны реально заразить мёртвые пустыни Луны, Марса или Титана. Это блажь. Мы не смогли бы это сделать даже если бы готовились к этому тысячи лет. 

Сложно сказать. То, что Марсу наша биота не особенно страшна, уже, наверное, почти ясно. Он хороший стерилизатор. Подледные океаны спутников гигантов - это большой вопрос, что там. Пока даже с извергающимся Энцеладом нифига не понятно. В эти океаны ещё попади, да и выжить там вероятно смогут разве что сильно специфичные экстремофилы.