Страница:
растений и ведётся в ряде ботанических садов.
Лит.:Шмитхюзен И., Общая география растительности, пер. с нем., М., 1966; Серебряков И. Г., Жизненные формы высших растений и их изучение, в кн. Полевая геоботаника, [в.] 3, М. — Л., 1964; его же. Экологическая морфология растений, М., 1962.
Т. И. Серебрякова
.
Ж. ф. животных— группа родственных в систематическом отношении животных (обычно из близких отрядов или семейств), обладающих сходными экологоморфологические приспособлениями для обитания в одинаковой среде. У неродственных организмов приспособления даже для обитания в сходной среде могут быть существенно различными (например, приспособления для плавания и ныряния у птиц и млекопитающих). Натуралисты издавна разделили животных на экология. группы (это вошло даже в такие обиходные названия, как «нырцы», «норники», «землерои» и т. д.), но термин «Ж. ф.» зоологи стали применять только в 20 в., заимствовав его у ботаников. Большинство зоологов определяет Ж. ф. сходно, но при экологическом анализе той или иной группы за основу берут разные показатели (способы передвижения, размножения, добывания пищи, приуроченность к определённой экологической нише, ландшафту, ярусу растительности, различные стадии онтогенеза и т. и.); поэтому Ж. ф. в трактовке разных авторов не сравнимы между собой. Анализ Ж. ф. позволяет судить об особенностях среды обитания и путях приспособительных изменений организмов.
Д. А. Криволуцкий.
Рис. 2. Соотношение отделов и типов жизненных форм покрытосеменных растений.
Рис. 3б. Нарастание и длительность жизни скелетных осей у различных жизненных форм: в — полукустарничек; г — многолетняя трава. Точками и пунктиром обозначены отмирающие части побегов. Римские цифры — основные структурные оси, арабские — годичные приросты.
Рис. 3а. Нарастание и длительность жизни скелетных осей у различных жизненных форм: а — кустарник; б — кустарничек. Точками и пунктиром обозначены отмирающие части побегов. Римские цифры — основные структурные оси, арабские — годичные приросты.
Рис. 4. Разнообразие жизненных форм деревьев: 1 — лесное дерево «обычного» типа; 2 — саванное дерево с водозапасающим стволом («бутылочное»); 3 — саванное дерево с зонтиковидной кроной; 4 — розеточное дерево (пальма); 5 — суккулентно-стеблевое дерево (кактус).
Рис. 1. Жизненные формы: 1 — фанерофиты (тополь, омела); 2 — хамефиты (черника); 3 — гемикриптофиты (лютик, одуванчик, щучка); 4 — геофиты (ветреница, тюльпан); 5 — семя терофитов (фасоль). Почки увеличены, обозначены чёрным, соединены пунктирной линией.
генераций
), развивающихся в течение года, или числом лет, на протяжении которых Ж. ц. осуществляется; она зависит также от продолжительности периода покоя и
диапаузы
. У животных различают простой Ж. ц. — при прямом развитии особей, и сложный — с
метаморфозом
или сменой поколений. При развитии с метаморфозом Ж. ц. прослеживается на развитии одной особи (например, у свиного солитера: яйцо — онкосфера — финка — взрослый цепень; у майского жука: яйцо — личинка — куколка — имаго). При развитии со сменой поколений или сменой способов размножения Ж. ц. прослеживается на двух и более особях, принадлежащих разным поколениям, до появления исходной формы. Например, у сцифоидных: яйцо — планула — сцифистома — эфира — медуза (см.
рис.
); у печёночного сосальщика: яйцо — мирацидий — редии — церкарии — адолескарии — взрослые черви; у тлей: яйцо — самка-основательница — мигранты — полоноски — обоеполые насекомые. Т. о., единицей при изучении Ж. ц. может быть как один онтогенез, так и ряд сменяющих друг друга онтогенезов. У высших растений различают однолетний, двулетний и многолетний Ж. ц. Для Ж. ц. многих низших растений и папоротников типична смена
гаметофита
и
спорофита
. У паразитических грибов Ж. ц. по сложности сходны с таковыми паразитических червей. У ржавчинных грибов Ж. ц. сложный — имеются формы, дающие эцидиоспоры, уредоспоры, телейтоспоры, а также базидиальная стадия. Из простейших наиболее сложны Ж. ц. у споровиков, например у
грегарин
и
гемоспоридий
. О Ж. ц. микроорганизмов см.
Бактерии
,
о Ж. ц. человека см.
Онтогенез
.
Лит.:Шмитхюзен И., Общая география растительности, пер. с нем., М., 1966; Серебряков И. Г., Жизненные формы высших растений и их изучение, в кн. Полевая геоботаника, [в.] 3, М. — Л., 1964; его же. Экологическая морфология растений, М., 1962.
Т. И. Серебрякова
.
Ж. ф. животных— группа родственных в систематическом отношении животных (обычно из близких отрядов или семейств), обладающих сходными экологоморфологические приспособлениями для обитания в одинаковой среде. У неродственных организмов приспособления даже для обитания в сходной среде могут быть существенно различными (например, приспособления для плавания и ныряния у птиц и млекопитающих). Натуралисты издавна разделили животных на экология. группы (это вошло даже в такие обиходные названия, как «нырцы», «норники», «землерои» и т. д.), но термин «Ж. ф.» зоологи стали применять только в 20 в., заимствовав его у ботаников. Большинство зоологов определяет Ж. ф. сходно, но при экологическом анализе той или иной группы за основу берут разные показатели (способы передвижения, размножения, добывания пищи, приуроченность к определённой экологической нише, ландшафту, ярусу растительности, различные стадии онтогенеза и т. и.); поэтому Ж. ф. в трактовке разных авторов не сравнимы между собой. Анализ Ж. ф. позволяет судить об особенностях среды обитания и путях приспособительных изменений организмов.
Д. А. Криволуцкий.
Рис. 2. Соотношение отделов и типов жизненных форм покрытосеменных растений.
Рис. 3б. Нарастание и длительность жизни скелетных осей у различных жизненных форм: в — полукустарничек; г — многолетняя трава. Точками и пунктиром обозначены отмирающие части побегов. Римские цифры — основные структурные оси, арабские — годичные приросты.
Рис. 3а. Нарастание и длительность жизни скелетных осей у различных жизненных форм: а — кустарник; б — кустарничек. Точками и пунктиром обозначены отмирающие части побегов. Римские цифры — основные структурные оси, арабские — годичные приросты.
Рис. 4. Разнообразие жизненных форм деревьев: 1 — лесное дерево «обычного» типа; 2 — саванное дерево с водозапасающим стволом («бутылочное»); 3 — саванное дерево с зонтиковидной кроной; 4 — розеточное дерево (пальма); 5 — суккулентно-стеблевое дерево (кактус).
Рис. 1. Жизненные формы: 1 — фанерофиты (тополь, омела); 2 — хамефиты (черника); 3 — гемикриптофиты (лютик, одуванчик, щучка); 4 — геофиты (ветреница, тюльпан); 5 — семя терофитов (фасоль). Почки увеличены, обозначены чёрным, соединены пунктирной линией.
генераций
), развивающихся в течение года, или числом лет, на протяжении которых Ж. ц. осуществляется; она зависит также от продолжительности периода покоя и
диапаузы
. У животных различают простой Ж. ц. — при прямом развитии особей, и сложный — с
метаморфозом
или сменой поколений. При развитии с метаморфозом Ж. ц. прослеживается на развитии одной особи (например, у свиного солитера: яйцо — онкосфера — финка — взрослый цепень; у майского жука: яйцо — личинка — куколка — имаго). При развитии со сменой поколений или сменой способов размножения Ж. ц. прослеживается на двух и более особях, принадлежащих разным поколениям, до появления исходной формы. Например, у сцифоидных: яйцо — планула — сцифистома — эфира — медуза (см.
рис.
); у печёночного сосальщика: яйцо — мирацидий — редии — церкарии — адолескарии — взрослые черви; у тлей: яйцо — самка-основательница — мигранты — полоноски — обоеполые насекомые. Т. о., единицей при изучении Ж. ц. может быть как один онтогенез, так и ряд сменяющих друг друга онтогенезов. У высших растений различают однолетний, двулетний и многолетний Ж. ц. Для Ж. ц. многих низших растений и папоротников типична смена
гаметофита
и
спорофита
. У паразитических грибов Ж. ц. по сложности сходны с таковыми паразитических червей. У ржавчинных грибов Ж. ц. сложный — имеются формы, дающие эцидиоспоры, уредоспоры, телейтоспоры, а также базидиальная стадия. Из простейших наиболее сложны Ж. ц. у споровиков, например у
грегарин
и
гемоспоридий
. О Ж. ц. микроорганизмов см.
Бактерии
,
о Ж. ц. человека см.
Онтогенез
.
М. С. Гиляров.
Схема жизненного цикла сцифоидных (Chrysaora): 1 — яйцо; 2 — планула; 3 — сцифистома; 4 — сцифистома, выпочковывающая молодых сцифистом; 5 — сцифистома в стадии стробилы; 6 — эфира; 7 — медуза.
биосфере
. Это относится как к воздушной среде — искусственной атмосфере корабля, так и к тем элементам среды, в широком смысле слова, которые необходимы для питания и поддержания водного баланса организма человека.
Существование человека основано на непрерывном обмене вещества и энергии с окружающей средой. Создание возможностей для этого является функцией СЖО. Т. о., СЖО — комплекс устройств, агрегатов и запасов веществ, обеспечивающих необходимые условия жизнедеятельности экипажа в течение всего полёта. Частные системы (подсистемы) этого комплекса обеспечивают соответствующие им отдельные стороны жизнедеятельности (обмена веществ) организма: питание, водный обмен, газообмен, теплообмен (терморегулирование), отправление естественных надобностей и т. д. Такова типовая структура СЖО в наиболее часто употребляемом узком значении этого термина. СЖО могут быть коллективными (СЖО космических кораблей и планетных станций) и индивидуальными, например автономные СЖО, применяемые вместе со скафандрами.
В более широком смысле к сфере СЖО иногда относят все остальные устройства и предметы, служащие для обеспечения гигиенических, бытовых, культурных и эстетических потребностей экипажа. Необходимость наиболее полного удовлетворения этих потребностей существенно возрастает с увеличением продолжительности пребывания экипажа в космосе, когда эти стороны деятельности человека могут приобретать значение жизненно важных факторов. Частные СЖО делятся на нерегенеративные, предусматривающие создание бортовых запасов пищи, воды, кислорода, и регенеративные, основанные на регенерации этих веществ из продуктов жизнедеятельности человека или др. обитателей космических кораблей и спутников.
Принципиальная возможность регенерации всех необходимых для жизнедеятельности человека веществ основана на том, что организм выделяет в составе продуктов жизнедеятельности все те химические элементы, которые он получил в виде пищи и воды, а также поглощённый при дыхании кислород. Т. о., практически создаётся замкнутый круговорот необходимых веществ. Регенерация пищевых веществ (из углерода углекислого газа, воды, минеральных элементов мочи и кала) может быть, в принципе, осуществлена при использовании способных к фото- или хемосинтезу автотрофных организмов. Ведутся также поисковые исследования по искусственному синтезу пищевых углеводов из углекислого газа и воды.
При расчётах СЖО исходят из потребности человека в пище, воде и кислороде, а также из количества выводимых продуктов жизнедеятельности, что вместе составляет материальный баланс обмена веществ в организме человека (см. табл. 1). Помимо этого, в СЖО предусматривается запас воды для туалета, количество которой при нерегенеративных системах и кратковременных полётах около 100
г/чел-сут;при длительных полётах это количество увеличивается до 2—2,5
кг/чел-сут.Вода составляет (в зависимости от количества её для туалетных надобностей) 60—80% от массы запасаемых веществ. Поэтому регенеративные системы водообеспечения делают весовой баланс СЖО ниже, чем СЖО с нерегенеративными системами (пропорционально числу членов экипажа и длительности полёта). Исходя из этого, при расчётах СЖО материальный баланс измеряется в
чел-сут.
Табл. 1. — Примерный материальный баланс обмена веществ человека
Потребление, г/чел-сут | Выделение, г/чел-сут | ||
Пища | 500 | Углекислый газ | 930 |
Кислород | 800 | Водяные пары | 840 |
Воды | 2200 | Моча | 1500 |
Кал | 230 | ||
Итого | 3500 | Итого | 3500 |
Разнообразием принципиальных подходов и решений отличается система обеспечения кислородом (см. табл. 2). Приведённые в таблице методы регенерации кислорода являются лишь наиболее разработанными и не исчерпывают возможных технологических принципов регенерации. Методика и аппаратура для регенерации кислорода электролизом воды позволяет обеспечить газообмен человека с помощью установки, которая весит около 30 кг, при электрической мощности около 10 втна 1 лкислорода. Биологическая регенерация кислорода может быть осуществлена фотосинтезирующими одноклеточными водорослями, из которых наиболее изучена хлорелла . В лабораторных экспериментах длительностью до 60 сутпоказана возможность обеспечения газообмена человека при объёме культуры водорослей порядка 20—30 лна человека и затрате минеральных солей около 50 г/чел-сут.Такая система одновременно обеспечивает и поглощение выделяемого человеком углекислого газа. В более сложных вариантах фотосинтетической регенеративной системы расход минеральных солей может быть в несколько 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-химических процессах. Помимо компенсации убыли кислорода, для поддержания состава атмосферы корабля необходимо также удалять избыток углекислого газа и водяных паров. Двуокись углерода может быть удалена физическими методами (вымораживание, конденсация) и применением щелочных химических 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 около 40 кг.
Табл. 2. — Основные технологические принципы систем регенерации кислорода,
Нерегенеративные системы | |||
физические | физико-химические | химические | |
Формы запасае- мого кислорода | Молекуляр- ный кислород: газообразный, жидкий | Химически связанный в форме воды | Химически связанный в составе: перекисей, надперекисей и озонидов щелочных металлов, перхлоратов, перекиси водорода |
Способы мобили- зации запаса | Ступенчатая редукция газа высокого давления: испарения 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 регенера- ции | 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 зеленых растений, хемосинтез автотрофных бактерий (напр., водородоокисляющих) | |
Форма потребляе- мой энергии | Тепловая, электрическая | Для фотосинтеза – световая, для хемосинтеза – электрическая (для получения водорода) |
Избыток водяных паров из воздуха может удаляться с помощью нерегенерируемых химических поглотителей, регенерируемых сорбентов (цеолиты), а также физическими методами — вымораживанием и конденсацией. В существующих космических кораблях часть водяных паров конденсируется на холодных поверхностях жидкостно-воздушных теплообменников, входящих в систему терморегулирования обитаемых кабин.
Частные СЖО — регенерации кислорода, удаления углекислого газа и воды — 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 отдельными независимыми устройствами. Так, в частности, была решена СЖО атмосферы в американских кораблях «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон», основанная на запасах кислорода, нерегенерируемых поглотителей углекислого газа и водяных паров. Химические системы обеспечивают сопряженность 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 количествами поглощаемой воды и углекислого газа ( рис. ).
Система водообеспечения основывается на запасах воды. В космическом корабле «Аполлон» питьевая вода вырабатывалась также из запасов кислорода и водорода, «сжигавшегося» в электрохимических генераторах (топливных элементах) для получения электроэнергии. Разработаны различные физико-химические методы регенерации воды из конденсата мочи и атмосферной влаги. Конденсат атмосферных паров достаточно эффективно очищается от неизбежных органических примесей каталитическим окислением, а также с помощью ионообменных смол и углей. В наиболее разработанных методах регенерации воды из мочи используются режимы испарения при различных давлении и температуре, с последующим каталитическим 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 космическом корабле состоят из продуктов и готовых блюд, консервированных в их естественном 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 на замкнутом биологическом круговороте ограниченного количества 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-энергетических отношений между элементами системы возникает новое качество — целостная система высшего порядка, обладающая свойствами закрытой термодинамической системы. 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 экологическим системам, включающим человека.
Лит.:Проблемы космической биологии, т. 5—7, Л. — М., 1967; Космическая биология и медицина, М., 1966.
О. Г. Газенко.
Принципиальная схема системы регенерации и кондиционирования воздуха корабля — спутника «Восток»: 1 — вентилятор; 2, 3, 4 — регенераторы с регулирующим устройством; 5, 6 — осушители; 7, 8 — краны с ручным управлением; 9 — автоматический кран; 10 — жидкостно-воздушный теплообменник; 11 — шторка радиатора; 12 — исполнительный механизм (привод шторки); 13 — усилитель; 14 — задатчик температуры; 15 — датчик температуры; 16 — сигнализатор и измеритель влажности; 17 — измеритель давления; 18 — измеритель температуры; 19 — приборная доска; 20, 21, 22, 23 — датчики давления, температуры, влажности; 24, 25, 26 — газоанализаторы O 2и CO 2; 27 — фильтры вредных примесей; 28 — противопылевой фильтр; 29 — блок терморегулирования.