Биотехнологии в освоении Мирового океана
приобретают исследования морских глубин во многих странах, все больше
специалистов и научных коллективов вовлекаются в это дерзновенное
предприятие.
И если принесет успех попытка Ж. Кусто создать возможность все время
жить в глубине океана, путем отказа от акваланга вообще и получения
кислорода через специальный аппарат типа «жабер», хирургическим путем
подключенный к кровеносному руслу, насыщающий кровь человека кислородом,
минуя ненужные при этом легкие, то в скором времени эпизоды фантастических
фильмов станут реальностью – перед нами откроется чудесный мир морского
царства, где человек и обитатели подводных глубин будут сосуществовать в
гармонии, не нанося вреда друг другу. Очень хочется в это верить
Сейчас, по мере возможности, нужно делать все, чтобы наше
технократическое начало не подавляло духовное (это может быть масса
экопроектов, направленных на оказание помощи себе и окружающим нас
организмам – избавление от удушающих смогов промышленных предприятий, от
громадных свалок мусора, путем его переработки, который, если мы не
опомнимся, будет составлять единственную достопримечательность нашей
планеты; от вредных стоков, которые убивают все живое, от захоронений в
Мировом океане вредных отходов. Будем стремиться направлять технику
настоящего и будущего в доброе, позитивное русло.
2.2. Анализ особенностей водной среды, ее влияния на формообразование
организмов.
Анализ системы средовых условий позволяет уменьшить число факторов,
влияющих на формо- и структурообразование природных объектов, исключить
малоэффективные или случайные факторы, а также позволяет выявит средства и
приемы, которыми «пользуется» природа для формообразования организмов,
наилучшим образом отражающих влияние факторов сред обитания. Именно эти
приемы и средства возможно реализовать в искусственном объекте.
Итак, вода является средой, по существу, для всех химических
процессов, происходящих в биосфере. Содержание воды в тканях организмов
примерно в 5 раз больше, чем во все реках земного шара.
Особенности водной массы: огромный объем, перемешиваемость,
теплоемкость, идеальная способность растворять самые различные химические
соединения, наличие солей (25 минеральных солей), насыщенность жизнью,
химическими и биологическими процессами, остатками и продуктами
жизнедеятельности живых организмов.
В воде содержится строго ограниченное количество кислорода,
необходимого животным для дыхания. Этого кислорода достаточно лишь для
химических преобразований, сопутствующих росту, и для движения животных в
поисках пищи. На любой глубине морским организмам нужно меньше энергии,
чтобы жить и двигаться, чем представителям живой фауны. Плотность морских
животных и растений очень близка к плотности воды, в которой они живут.
Лишь редкие живые организмы обитают на поверхности: гораздо удобнее жить в
среде, которая, поддерживая животное, избавляет его от необходимости делать
постоянные усилия для того, чтобы не всплыть и не затонуть. Только у очень
немногих обитателей водной среды плотность тела точно соответствует
плотности воды. Существуют, однако, различные способы, при помощи которых
таким животным удается регулировать свою плавучесть так, чтобы без особых
усилий оставаться в воде во взвешенном состоянии.
Кроме поваренной соли морская вода содержит также целый ряд других
химических соединений.
В воде растения (как и на суше) служат основой для всех других форм
жизни, поэтому крайне необходимо, чтобы в поверхностных слоях воды, где
сосредоточена водная растительность, имелся постоянный запас нитратов,
фосфатов, кальция и кремния. Все процессы и явления в водной среде
взаимосвязаны и взаимообусловлены.
Одним из фундаментальных принципов, которому подчиняется
формообразующий процесс, является симметрия. Симметрия порождающей среды
как бы накладывается на симметрию тела, образующегося в этой среде.
Получившаяся в результате форма тела сохраняет только те элементы своей
собственной симметрии, которые совпадают с наложенными на него элементами
симметрии среды.
Заменим организмы упрощенной статичной моделью и спроецируем на нее
воздействие факторов водной среды. Изотропность, как один из этих факторов
обеспечит этой модели форму шара, а три взаимно перпендикулярные плоскости
симметрии придадут шару форму овалоида, или трехосного эллипсоида. Такова
форма морской гальки – окатанных волнами камней.
2.3. Анализ особенностей формообразования водных организмов и
отражение этих особенностей в подводных средствах движения.
Еще совсем недавно человек с завистью смотрел на птиц, которые с
легкостью покрывают большие расстояния.
Но человек не напрасно носит свое громкое имя. Он научился летать
быстрее и дальше птиц.
Значительно хуже обстоят дела с подводным плаванием. Здесь созданные
человеком устройства уступают водным животным, как по абсолютной скорости,
так и по экономичности.
Приведем некоторые данные по скорости плавания: дельфин – 15-18 м/с;
тунец – 25 м/с; рыба-меч – 35 м/с. Самая современная подводная лодка
с мощностью атомных двигателей в десятки тысяч киловатт развивает скорость
лишь 15-16 м/с
В последнее время проблема резкого повышения скорости хода подводных
тел и связанная с ней чрезвычайно трудная проблема существенного снижения
гидродинамического сопротивления этих тел приобрела особое значение. Для
разработки указанных проблем ученые и инженеры, кроме привлечения обычных
методов, все чаще начали обращаться к изучению биологии живых существ,
обитающих в водной среде, особенно к раскрытию и использованию законов их
движения.
В бассейне Мирового океана, который включает в себя все соленые воды
океанов и морей, и пресные воды озер и рек, содержится бесчисленное
множество разнообразных водных животных, таких как рыбы, китообразные,
головоногие моллюски. Они находятся в воде всю жизнь, совершают длительные
океанские переходы по несколько тысяч миль и являются настоящим
проводниками. В процессе естественноисторического развития в течение
десятков миллионов лет у этих животных вырабатывались свои особые
приспособительные функции и органы для подводного движения и преодоления
гидродинамического сопротивления воды. В определенном смысле названных
подводных обитателей можно рассматривать как объекты «природной
гидродинамической лаборатории».
Поскольку вода в 800 раз плотнее воздуха, у движущегося в воде
организма всякий выступ, всякая неровность на теле создают сопротивление
еще более ощутимое, чем у птицы в воздухе. Поэтому у быстро плавающих
организмов – рыб: тунца, скумбрии, марлина и других – тела удивительно
обтекаемой формы, спереди заостренные, быстро утолщающиеся до максимального
диаметра и затем изящно сужающиеся к двухпластному симметрическому
хвостовому плавнику. Обращает на себя внимание то, что как показал наш
анализ, у тунцов профиль приближается к ламинаризованному даже при малом
относительном удлинении тела (без хвостового плавника – около 3,6, т.е. со
значительной толщиной 28%) (ил. 3). Есть основания полагать, что два ряда
дополнительных малых плавников за миделевым сечением тунца образуют
гидродинамическую решетку, предназначенную для управления потоком в
диффузорной части, где он поступает на мощный хвостовой плавник.
Строители современных подводных лодок в полной мере оценили весьма
совершенные обводы водных животных и стали копировать их форму, создавая
свои аппараты.
Американская фирма «Лорал Электроникс» в 70-х годах выпустила
одноместную автономную лодку Т-14. Профиль лодки близко контуру
обыкновенного тунца. Ее размеры относительно невелики: длина 2м 90см,
ширина наибольшая, включая стабилизаторы, 1м 20см. (Для сравнения,
максимальная длина обыкновенного тунца составляет 4 м). Корпус лодки сделан
из алюминие-магниевого сплава, а прозрачный фонарь в носовой части – из
плексигласа.
По скоростным характеристикам Т-14 намного отстает от тунца:
скорость лодки Т-14 – 2м/с
скорость обыкновенного тунца – 30м/с.
(Но с данной скоростью обыкновенный тунец может плавать непродолжительное
время).
Лодка проходит под водой 12 км (запас в электроэнергии в
аккумуляторной батарее обеспечивает работу электродвигателя и других
устройств (фара, кинокамера) в течение примерно 2 часа).
Управление маневрами осуществляется с помощью расположенных в корме
вертикального и двух горизонтальных рулей им двух наклонных стабилизаторов.
