Изобретатель - природа
Шрифт:
Наконец, в-четвертых, как уже отмечалось выше, ученые ежегодно открывают от 3 до 10 тысяч новых видов. Причем, судя по данным, публикуемым в энтомологической периодике всего мира, темп открытия новых видов не снижается. А ведь каждый новый, еще не открытый и не изученный наукой, вид - это потенциальный "патентоноситель" идей бионического содержания!
А теперь представьте себе в недалеком будущем конструкторское бюро, в котором бионики и инженеры соединяют рецепторные клетки какого-то насекомого, уникального "специалиста" по прогнозированию, скажем, наводнений, тайфунов или ливней с электронным устройством, обрабатывающим сигналы, принимаемые этими рецепторами из атмосферы. В первом приближении структурная схема такой биоэлектронной системы будет выглядеть
Фантазия? Отнюдь нет. Такого рода композиционными, биотехническими системами уже давно пользуются в США и других странах для обнаружения опасного для жизни шахтеров рудничного газа. В качестве детектора запахов в этих системах работает... муха. Обнаружив в воздухе повышенную концентрацию ядовитого газа, муха начинает "генерировать" импульсы характерной формы, и электронный анализатор немедленно включает световой или звуковой сигнал тревоги. Все предельно просто и удобно: такой "датчик запахов", как муха, легко найти, биотоки мухи нетрудно расшифровать, а главное, у этих насекомых превосходное обоняние (обычная муха способна различать до 30 000 запахов!). Да и в эксплуатации такая биотехническая система очень удобна и экономична: если живой "блок" выйдет из строя, в обычной коробке из-под спичек всегда можно хранить несколько десятков запасных.
Сегодня на счету биоников ряд опытных и действующих биотехнических систем, блестяще показавших свою высокую эффективность в мониторинге.
Термин "мониторинг" родился в самом начале 70-х годов нашего века - так назвали систему наблюдений за различными элементами природной среды в пространстве и во времени по заранее подготовленной программе. Важнейшая, главная задача биотической (биологической) подсистемы монитора - контроль за состоянием биосферы, обнаружение загрязнения окружающего нас воздуха, воды рек, озер и морей.
Потребность в организации специальных наблюдений за изменениями в биосфере вызвана, как известно, деятельностью человека. На все живые существа, обитающие на Земле, в последние десятилетия обрушилось и продолжает обрушиваться не только множество различных вредоносных химических соединений, которых прежде не было в биосфере, но и антропогенные электромагнитные излучения, шумы, тепловое загрязнение и пр. Все это, конечно же, должно находиться в поле зрения мониторинга. Отсюда нетрудно себе представить, какой огромный арсенал приборов и аппаратов необходим для контроля окружающей среды. Для этой цели были созданы и применяются специальные газоанализаторы, спектрометры, фотометры и даже лазерные установки. Однако все эти громоздкие и дорогостоящие приборы в ряде случаев не могут конкурировать с применяемыми в мониторинге в настоящее время биотехническими системами, для которых при необходимости можно найти в живой природе "датчики-рекордсмены", способные ощущать по запаху или вкусу присутствие в воздухе или воде в буквальном смысле отдельные молекулы различных веществ. За примерами далеко ходить не надо.
Тончайшими анализаторами химических соединений являются хеморецепторы обитающих в море одноклеточных организмов - ночесветок. Вспышка ночесветок при введении в воду веществ - своего рода перевод с химического языка на электромагнитный, световой. Достаточно одной сотой миллиграмма соли или сахара в воде, чтобы ночесветка моментально включила свой "фонарик". Это сигнал об изменении состава химических соединений в водной среде и предупреждение соплеменников о возможной опасности.
Удивительная способность к химическому экспресс-анализу воды выявлена у ряда пресноводных рыб. Исследования показывают, когда речь идет о контроле и предупреждении загрязнения рек, озер и водохранилищ,
Несколько лет назад бионики и инженеры одной из французских лабораторий провели такой эксперимент. В одном водоочистительном сооружении построили три простых аквариума. В каждый из них поместили по форели. Вода через аквариумы прокачивалась со скоростью, близкой к скорости течения реки Луары, из которой жители города Нанта получают воду, не всегда достаточно чистую.
По своей природе форель любит плыть против течения. Если же в опытах она останавливалась, ее движения стимулировали легким электрическим разрядом. Оказалось, что 8 дней непрерывного движения не приносят рыбе никакого вреда. Если же вода оказывалась загрязненной, рыба мгновенно меняла курс. На каждой форели были установлены специальные датчики, которые поднимали тревогу, как только рыба поворачивалась в обратном направлении. Когда все три рыбы двигались одновременно по течению, можно было утверждать, что вода загрязнена. Опыты успешно проводились несколько месяцев. По их окончании экспериментаторы опубликовали сообщение о том, что им удалось поставить на службу человеку форель и что "современная электроника ничто по сравнению с форелью, когда дело касается определения загрязнения воды".
В настоящее время в верхнем течении водозаборной системы городского водопровода в Нанте в специальных длинных садках содержится целая стайка форелей, окольцованных специальными устройствами, которые взаимодействуют с фотоэлементами. Когда вода чистая, форели идут вверх по течению. При этом устройства передают по радио на контрольный пункт сигналы определенного типа. Если же в воде, поступающей из Луары, появляются даже ничтожные количества вредных веществ, то необычайно чутко реагирующие на них форели начинают немедленно скатываться вниз по течению, а приборы соответственно передают другой сигнал, предупреждающий о приближении грязной воды.
Форельное "инспектирование" водоемов применяется и в нашей стране. В частности, радужные форели следят за качеством работы нового биоактивного сооружения для очистных сточных вод объединения "Эстсельхозтехника" Раплаского района Эстонской ССР. Запущенные в отводной канал рыбы моментально реагируют на малейшие изменения среды: если в воду, например, попадет только несколько капель бензина или масла, это тотчас же станет известно по их поведению. Так как в последней очереди мощного сооружения течет только чистая, прозрачная вода, "нештатные инспекторы" водоема чувствуют себя здесь превосходно, быстро набирают вес.
В ФРГ применяют другой метод мониторинга: вместо форелей в садках держат нильских щук. По мнению ряда специалистов, такой метод контроля чистоты воды в реках, озерах, различных водоемах более совершенен, более эффективен. Пока все хорошо, щука постоянно испускает слабые электрические импульсы, от 400 до 800 в минуту. Но стоит ей почувствовать себя не в своей тарелке, как частота импульсов падает. Следить за состоянием такого живого индикатора куда проще: регистрировать электрические импульсы можно автоматически. К тому же новый способ гораздо чувствительнее, потому что частота импульсов изменяется задолго до того, как рыбкам становится совсем плохо.
Блестяще зарекомендовал себя в мониторинге еще один детектор. В США для определения степени загрязнения рек и водоемов радиоактивными веществами, инсектицидами и другими вредными веществами используется двустворчатый пресноводный моллюск-жемчужница - один из представителей древнейших форм жизни на Земле. По свидетельству ученого-зоолога доктора Стэнсбери (университет штата Огайо, США), этот моллюск находится неподвижно на одном месте на дне реки в течение 30-40 лет. Он очень чувствителен к изменениям окружающей среды и обладает способностью год за годом откладывать на внешней поверхности раковин-створок слои, характеризующие постепенно изменяющееся состояние воды. По форме, толщине и химическому составу каждого слоя в лаборатории определяют степень загрязнения водоема.