От тьмы к свету. Как люди уживаются с обрастаниями. Неядовитые покрытия и искусственные рифы
Курс «Подводный лес: исследование морских обрастаний»
Лекция 5
Многовековая борьба с морским обрастанием методом проб и ошибок привела людей к созданию нетоксичных покрытий, разработка которых требует изрядной изобретательности.
«Представьте, что вы играете в видеоигру, где вам надо победить монстра, но по возможности оставить его в живых. Нельзя использовать обычные методы: яд, меч, стрелу или смертельное заклятие. Нужно стать неуязвимым, но с помощью волшебной брони, которая не причинит большого вреда окружающему миру в целом и монстру в частности. В третьей лекции мы упоминали некоторые технологии, а сейчас мы поговорим о них подробнее и рассмотрим примеры реально существующих на рынке продуктов».
Александра Чава
Младший научный сотрудник Лаборатории экологии прибрежных донных сообществ Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Одними из самых впечатляющих изобретений последнего времени являются покрытия без биоцидов. Эти покрытия не содержат в своем составе ядовитые вещества, которые убивают любое живое обрастание, будь то бактерия, многоклеточное животное или растение. Некоторые из них обеспечивают очень гладкую поверхность, к которой личинкам морских обрастателей трудно прикрепиться.
У многих личинок есть тяга к шероховатым и щелеватым поверхностям, а изобретатели решили пойти от противного и лишить личинок возможности как следует закрепиться и превратиться во взрослый организм с прочной раковиной или домиком. Представьте, что вы пытаетесь удержаться на скользкой водной горке в аквапарке — просто не получится! Реальный пример — Intersleek 1100SR от AkzoNobel, который использует силиконовое покрытие для создания супергладкой поверхности.
Некоторые покрытия (например, SEAFLO от Chugoku Marine Paints) позволяют организмам прикрепляться, но гораздо слабее, чем к другим поверхностям. Поэтому, когда корабль начинает двигаться, они смываются водой.
Еще один подход основан на биомимикрии — перевоплощении природных механизмов в рукотворную технологию. Например, кожа акулы естественным образом устойчива к обрастанию, потому что имеет особую текстуру, предотвращающую адгезию личинок. Эту текстуру и попытались скопировать инженеры и химики для создания необрастающей поверхности.
Sharklet — компания, разработавшая материал с микроскопическим узором, имитирующим кожу акулы, который предотвращает образование биопленки и развитие дальнейших стадий обрастания.
Киты также обладают уникальным строением кожи, которая способна предотвращать или хотя бы снижать темпы прикрепления личинок-обрастателей.
«Пока что существуют лишь теоретические предпосылки к созданию необрастающего покрытия, схожего по структуре с китовой кожей».
Александра Чава
Младший научный сотрудник Лаборатории экологии прибрежных донных сообществ Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Многие необрастающие покрытия разрабатываются на основе веществ, выделяемых другими организмами-обрастателями. Такие покрытия-биомиметики разрабатываются, например, на основе губок, водорослей и кораллов.
«Некоторые необрастающие покрытия содержат в своем составе гидролитические ферменты. Это белки, которые действуют как биологические катализаторы. Их задача — ускорять химические реакции, которые разлагают большие молекулы на более мелкие. Представьте их как специфические „ножницы”, которые разрезают большие молекулы (например, другие белки, жиры или углеводы) на более мелкие кусочки. Они делают это, добавляя воду к связям в крупных молекулах, что помогает разорвать их».
Александра Чава
Младший научный сотрудник Лаборатории экологии прибрежных донных сообществ Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
В необрастающих покрытиях ферменты «разрезают» крупные молекулы у бактерий, формирующих биопленку. В результате биопленка разрушается, а без нее не может идти дальнейшее формирование обрастания.
Выше речь шла в основном о покрытиях для кораблей. Отслужившие свой век суда обычно отправляются на разборку и переработку. Но что делать, если срок службы некой огромной неподвижной конструкции подошел к концу, и ни у кого нет ни средств, ни возможностей ее разобрать и вытащить из моря?
А теперь представьте себе, как старая нефтяная платформа, когда-то символ индустриальной мощи, превращается в яркую подводную экосистему. Именно это произошло, когда люди стали перепрофилировать эти массивные конструкции в искусственные рифы. Эту идею развивают и успешно реализуют с конца прошлого века, что является отличным примером сочетания технологий и бережного отношения к окружающей среде.
Как это работает? Когда нефтяные платформы больше не нужны, их не обязательно разбирать и утилизировать. Их можно затопить, чтобы создать искусственные рифы. Из этих больших металлических конструкций получаются идеальные дома для морских обитателей. Подобно многоэтажному зданию, они предлагают множество укромных мест, где подвижные и прикрепленные морские существа могут прятаться, питаться и размножаться. Когда на поверхности платформ поселяются организмы-обрастатели, она превращается в настоящий подводный сад.
Идея искусственных рифов не нова, но превращение старых нефтяных платформ в морские экосистемы получило нормальную реализацию только в конце ХХ в. В 1970-х и 1980-х гг. США инициировали программу Rigs-to-Reefs, цель которой заключалась в снижении негативного экологического воздействия списанных нефтяных платформ и создании новых мест обитания для морских организмов. Этот подход оказался успешным и был принят в других странах, таких как Австралия, Япония и Норвегия.
В итоге перепрофилирование нефтяных платформ не только исключает потенциальный вред от их демонтажа, но и увеличивает морское биоразнообразие. Это блестящий пример того, как промышленные конструкции могут получить вторую жизнь, поддерживая морские экосистемы и способствуя их устойчивому развитию.
В итоге перепрофилирование нефтяных платформ не только исключает потенциальный вред от их демонтажа, но и увеличивает морское биоразнообразие. Это блестящий пример того, как промышленные конструкции могут получить вторую жизнь, поддерживая морские экосистемы и способствуя их устойчивому развитию.
Добро пожаловать в игру «Собери пазл»!
Перед вами сложное изображение, полное деталей и оттенков. Кажется, что собрать его — непростая задача, но не волнуйтесь! Главное — внимательно смотреть на формы и цвета, и кусочки сами начнут становиться на свои места.
Наберитесь терпения, сосредоточьтесь, и у вас все получится! Начнем?
Дополнительные материалы
- Статья „Biofouling: Lessons from Nature” (Bixler & Bhushan, 2012) опубликована в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society A и представляет собой обзор методов предотвращения биообрастания, вдохновленных природой. Авторы исследуют биомиметические подходы, заимствованные из флоры и фауны, и предлагают их применение в инженерии
Запишитесь на курс, чтобы выполнять задания и получить сертификат!
Школьникам, абитуриентам и учителям
Подводный лес: исследование морских обрастаний
Онлайн-курс про сложные подводные экосистемы, способы изучения и их роль в биоразнообразии планеты и деятельности человека.
- Что вы получите
- 8 уроков
- Уникальные фотографии и видео из экспедиций
- Авторская подача: живая и грамотная речь
- Свободное расписание: нет дедлайнов и сроков сдачи заданий
- Все материалы доступны сразу, можно начать обучение в удобное время
- Профессиональное видео и современная графика
- Быстрая связь с техподдержкой и чат с однокурсниками
- Сертификат о прохождении курса
- Наш курс позволит вам
- Узнать больше о современных исследованиях и профессиях в биологии
- Расширить кругозор и открыть для себя много необычного
- Хорошо провести время, изучая короткие лекции, рассматривая уникальные фото и видео, играя в мини-игры и проходя квизы курса
Находясь на сайте, вы даете согласие на обработку файлов cookie. Это необходимо для более стабильной работы сайта
OK