Леса воспринимают как достояние Земли, однако дерево, самый древний природный материал, неожиданно становится передовым высокотехнологичным решением для защиты стратосферы. 16 сентября отмечается Международный день охраны озонового слоя. Заключенный 39 лет назад Монреальский протокол, сегодня требует переосмысления всей промышленной и космической деятельности. Сохраняя леса на Земле и проектируя зеленые экосистемы для космоса, мы обеспечиваем будущее биосферы во всех масштабах.
Озоновый слой - тонкая газовая плёнка на высоте 20-40 километров. Он сформировался около 40 миллионов лет назад, когда в атмосфере накопилось достаточно кислорода благодаря фотосинтезу растений. Без него жизнь так и осталась бы в океане, ультрафиолетовое излучение Солнца буквально выжигало бы всё живое на суше. Растения создали кислородную атмосферу, озоновый слой защитил Землю, и деревья начали покрывать планету. В 1987 году тридцать шесть стран, включая СССР, подписали Монреальский протокол, пожалуй, самое успешное международное соглашение, благодаря которому к 2024 году производство 99% озоноразрушающих веществ было прекращено. По прогнозам учёных, уровень озона может вернуться к показателям 1970-х годов к середине текущего столетия.
Озоновый слой и деревья связаны куда теснее, чем кажется. В 2018 году палеоботаники из Университета Калифорнии поставили эксперимент: карликовые сосны облучили ультрафиолетом в дозах, до 13 раз превышающих современные земные уровни. Это смоделировало условия времен пермского вымирания (252 миллиона лет назад), когда вулканические извержения разрушили озоновый слой. Все деревья после повышенного облучения стали стерильными. Шишки, даже глубоко спрятанные в кроне, засыхали через несколько дней после появления. Когда деревья вернули в нормальные условия, способность к размножению восстановилась. Исследование показало, что разрушение озонового слоя способно напрямую стерилизовать хвойные леса.
В 1971 году американский астронавт Стюарт Руса взял на Луну 500 семян деревьев – лиственницы, платана, ликвидамбара, секвойи и дугласовой пихты. Вернувшись на Землю, эти лунные деревья были высажены по всей Америке и ничем не отличались от контрольных растений. К 2001 году на МКС удалось провести полный цикл развития растения - от семени до семени в невесомости. Оказалось, что гравитация не является обязательным условием для роста и развития растений. В 2010 году последовал новый эксперимент. 24 сеянца белой ели отправились на МКС. Сеянцы росли в невесомости иначе, чем на Земле: рост побегов и хвоинок ускорился. В 2008 году японский астронавт Коити Ваката взял на МКС косточки вишни от знаменитой тысячелетней сакуры, растущей у храма Гандзёдзи. Косточки вернулись через год и были высажены. И то, что произошло дальше, до сих пор не получило научного объяснения. Из них выросли деревья, которые зацвели на шесть лет раньше обычного срока. Ученые предположили, что это было связано с воздействием космической радиации. Сегодня американские биологи разрабатывают генетически модифицированные растения, способные выдержать марсианский климат. Поможет в этом бактерия Pyrococcus furiosus, обитающая вблизи глубоководных жерл, где со дна океана бьет вода температурой свыше 70°C. А китайские исследователи уже нашли растение для колонизации Марса – земной пустынный мох Syntrichia Caninervis способен переносить экстремальный холод, аномальную жару с засухой и высокий уровень радиации. Стоит отметить, что строительство автономных баз на Луне и Марсе невозможно без создания замкнутых систем жизнеобеспечения. Травянистые культуры вроде салата, редиса или пшеницы, успешно выращиваемые в оранжереях Veggie на МКС, обеспечивают лишь краткосрочные потребности космонавтов в свежей пище. Для долгосрочной стабилизации атмосферы требуются масштабные биоинженерные фабрики, роль которых могут выполнить только древесные насаждения. Ученые исследуют экстремофильные свойства древесных видов, способных переносить радиацию, гипоксию и измененную гравитацию. Разработка сверхэффективных замкнутых систем круговорота воды и питательных веществ помогает ученым создавать технологии точечного лесовосстановления в засушливых зонах Земли. Изучение механизмов защиты древесных клеток от ультрафиолетового излучения помогает понять, как земная флора будет адаптироваться к изменениям климата. Каждый из экспериментов приводит к выводу, что замкнутая экосистема, способная поддерживать жизнь - задача колоссальной сложности. Пока ни одна искусственная модель не достигла полного замыкания цикла. И единственная замкнутая экосистема, которая работает - это сама Земля, её биосфера, её леса.
Фото: © Нарбут Виктория / Фотобанк Лори
Озоновый слой - тонкая газовая плёнка на высоте 20-40 километров. Он сформировался около 40 миллионов лет назад, когда в атмосфере накопилось достаточно кислорода благодаря фотосинтезу растений. Без него жизнь так и осталась бы в океане, ультрафиолетовое излучение Солнца буквально выжигало бы всё живое на суше. Растения создали кислородную атмосферу, озоновый слой защитил Землю, и деревья начали покрывать планету. В 1987 году тридцать шесть стран, включая СССР, подписали Монреальский протокол, пожалуй, самое успешное международное соглашение, благодаря которому к 2024 году производство 99% озоноразрушающих веществ было прекращено. По прогнозам учёных, уровень озона может вернуться к показателям 1970-х годов к середине текущего столетия.
Озоновый слой и деревья связаны куда теснее, чем кажется. В 2018 году палеоботаники из Университета Калифорнии поставили эксперимент: карликовые сосны облучили ультрафиолетом в дозах, до 13 раз превышающих современные земные уровни. Это смоделировало условия времен пермского вымирания (252 миллиона лет назад), когда вулканические извержения разрушили озоновый слой. Все деревья после повышенного облучения стали стерильными. Шишки, даже глубоко спрятанные в кроне, засыхали через несколько дней после появления. Когда деревья вернули в нормальные условия, способность к размножению восстановилась. Исследование показало, что разрушение озонового слоя способно напрямую стерилизовать хвойные леса.
В 1971 году американский астронавт Стюарт Руса взял на Луну 500 семян деревьев – лиственницы, платана, ликвидамбара, секвойи и дугласовой пихты. Вернувшись на Землю, эти лунные деревья были высажены по всей Америке и ничем не отличались от контрольных растений. К 2001 году на МКС удалось провести полный цикл развития растения - от семени до семени в невесомости. Оказалось, что гравитация не является обязательным условием для роста и развития растений. В 2010 году последовал новый эксперимент. 24 сеянца белой ели отправились на МКС. Сеянцы росли в невесомости иначе, чем на Земле: рост побегов и хвоинок ускорился. В 2008 году японский астронавт Коити Ваката взял на МКС косточки вишни от знаменитой тысячелетней сакуры, растущей у храма Гандзёдзи. Косточки вернулись через год и были высажены. И то, что произошло дальше, до сих пор не получило научного объяснения. Из них выросли деревья, которые зацвели на шесть лет раньше обычного срока. Ученые предположили, что это было связано с воздействием космической радиации. Сегодня американские биологи разрабатывают генетически модифицированные растения, способные выдержать марсианский климат. Поможет в этом бактерия Pyrococcus furiosus, обитающая вблизи глубоководных жерл, где со дна океана бьет вода температурой свыше 70°C. А китайские исследователи уже нашли растение для колонизации Марса – земной пустынный мох Syntrichia Caninervis способен переносить экстремальный холод, аномальную жару с засухой и высокий уровень радиации. Стоит отметить, что строительство автономных баз на Луне и Марсе невозможно без создания замкнутых систем жизнеобеспечения. Травянистые культуры вроде салата, редиса или пшеницы, успешно выращиваемые в оранжереях Veggie на МКС, обеспечивают лишь краткосрочные потребности космонавтов в свежей пище. Для долгосрочной стабилизации атмосферы требуются масштабные биоинженерные фабрики, роль которых могут выполнить только древесные насаждения. Ученые исследуют экстремофильные свойства древесных видов, способных переносить радиацию, гипоксию и измененную гравитацию. Разработка сверхэффективных замкнутых систем круговорота воды и питательных веществ помогает ученым создавать технологии точечного лесовосстановления в засушливых зонах Земли. Изучение механизмов защиты древесных клеток от ультрафиолетового излучения помогает понять, как земная флора будет адаптироваться к изменениям климата. Каждый из экспериментов приводит к выводу, что замкнутая экосистема, способная поддерживать жизнь - задача колоссальной сложности. Пока ни одна искусственная модель не достигла полного замыкания цикла. И единственная замкнутая экосистема, которая работает - это сама Земля, её биосфера, её леса.
Фото: © Нарбут Виктория / Фотобанк Лори