История биологии с начала XX века до наших дней

Исследования в рамках первых двух направлений уже ведутся. Что касается третьего направления — непосредственного моделирования закрытых биологических систем, по которому какой бы то ни было опыт отсутствует, то оно по существу находится еще в стадии разработки ого элементов. Имеющиеся по этому поводу теоретические предпосылки, основанные на изучении открытых земных биоценозов, слишком общи и недостаточны для решения столь конкретной и качественно своеобразной задачи. Все это значительно обличает условия работы по экспериментальной экологии закрытых систем от исследований в других областях биологии.

В настоящее время идея создания замкнутого цикла круговорота веществ стала предметом не только экспериментальных исследований, но и конструкторских разработок, ведущихся на основе экспериментально-экологических и биотехнологических исследований. Историю развития этой области космической биологии можно проследить на примере разработки биотехнологии культивирования одноклеточных водорослей — одного из возможных компонентов закрытых экологических систем. Изучение культуры одноклеточных водорослей для практического использования в системах регенерации воздуха проводится в СССР Н.С. Гаевской, В.В. Пиневичем, В.А. Чесноковым, Н.Н. Верзилиным, Г.Г. Винбергом; в США — X. Спеером, Г. Бурлоу, Н. Боуменом, Г. Майерсом; в Японии — X. Тамией и X. Накамурой.

Первые эксперименты по обеспечению газообмена животных за счет фотосинтеза хлореллы были проведены в США в 1957–1960 гг. Е. Баумом, Р. Гаффордом, К. Крафтом и др. Первые попытки обеспечения кислородом человека за счет фотосинтеза хлореллы в замкнутых системах были осуществлены в СССР в 1960–1961 гг. Е.Я. Шепелевым и Г.И. Мелешко с сотрудниками, затем в США X. Бови и другими. В 1967 г. в нашей стране И.И. Гительзону с сотрудниками удалось значительно увеличить продолжительность таких экспериментов (до 90 суток).

Уже первые опыты с обеспечением газообмена животных позволили сделать вывод о том, что успешное экспериментальное моделирование экологических систем требует возможно более точного знания материально-энергетических потребностей, условий функционирования и материальных выходов каждого элемента системы. Для получения этих данных были проведены комплексные исследования материального баланса хлореллы, культивируемой в фотосинтетических реакторах высокой производительности с замкнутым воздушным контуром (объемом). Были исследованы также условия для наиболее высокой продуктивности водорослей, что необходимо для разработки оптимальной конструкции фотосинтетических реакторов. Достигнутые успехи были во многом связаны с селекцией высокопродуктивных штаммов хлореллы, осуществленной в ЧССР Р. Праттом и в США К. Сорокиным. Большой цикл исследований, выяснивших особенности культивирования одноклеточных водорослей на продуктах жизнедеятельности человека, был проведен в Японии X. Накамурой и в СССР И.И. Гительзоном с сотрудниками. Одновременно было предпринято изучение вопросов автоматического регулирования в установках биологической регенерации воздуха (Е.А. Иванов, И.В.Александров, И.И. Гительзон). Результаты исследований показали практическую приемлемость и высокую эффективность одноклеточных водорослей в качестве одного из звеньев экологической системы космического корабля.