Biosfere TAOS – La vita in palmo di mano

UNA SPIAGGIA IN BOTTIGLIA – La vita in palmo di mano

Biosfere: cosa sono? Trovare in una spiaggia un genio o un messaggio racchiusi in bottiglia è evento di normale narrativa. Ma trovare racchiusa in bottiglia invece una spiaggia dei mari del Sud, con la sua sabbia e le conchigliette, alghe verdeggianti e gamberetti che guizzano vivi e vivacissimi pur se sigillati da anni li dentro? E’ la realtà delle BIO-SPHERE, microambienti ecologici autosufficienti, a riciclo totale, racchiusi con la loro acqua, aria, minichiocciole,  microninfee…tutto, dentro sfere di vetro grandi quanto bocce da biliardo o palloni da basket, o piramidi da scrivania. Studiate su Shuttle e MIR per l’autonomia a ciclo ambientale completo di basi spaziali, arrivano in scuole e case per constatare, capire e sperimentare gli equilibri vitali. La versione New Age dell’Acquario: per mantenerli vivi bastano un pò di affetto e luce.

In occasione della conferenza stampa organizzata nel 2000 al Circolo LaStampa di Milano, per la presentazione delle Beachworld in Italia, hanno parlato di BIO-SPHERE e BEACHWORLD:

  • Aldo ZULLINI
    Cattedratico Zoologia, docente Ecologia e Zoogeografia, Univ. Milano;
  • Maria Rita PARSI
    Docente Psicoanimazione, Cattedra Psicologia Sociale, Univ. Firenze;
  • Roberto LEONI
    Ispettore Superiore Ministero Pubblica Istruzione;
  • Francesco DE SANTIS 
    Provveditore agli Studi di Milano;
  • Sergio ANGELETTI 
    Membro dell’Accademia delle Scienze di New York.

Si riportano di seguito gli estratti dei loro interventi.

UN MONDO VIVENTE NEL PALMO DELLA MANO – Studiato nello Spazio, e per la salute del Pianeta

Nel 1993 i due ‘Biosferiani’ originari, Jane Poynter e suo marito Taber MacCallum, sono stati i principali progettisti delle aree coltivate e dei sistemi analitici all’interno della Biosphere 2: sistema ecologico chiuso in cui hanno lavorato per due anni.
Si tratta di una struttura in acciaio (80 Km di tubi da impalcatura per un peso di 500 tonnellate) e vetro (6600 pannelli), realizzata ad Oracle in Arizona, su una superficie di oltre un ettaro e per un perimetro di 30 Km: contiene in scala, e in proporzione fra loro, alcuni ambienti terrestri come la foresta tropicale, la savana, il deserto, la palude, l’agricoltura intensiva, l’habitat umano e l’ ‘oceano’, una vasca di 25 metri di profondità con quattro milioni di litri di acqua di mare sintetizzata artificialmente. Vi vivono oltre 2000 specie di animali e piante, senza contare i microbi.
Una volta completato il progetto Biosphere 2 la Poynter e MacCallum hanno intrapreso la ricerca e la progettazione di biosfere in miniatura, pensate come strumenti scientifici per test ambientali e applicazioni nello Spazio.
La soluzione del progetto di “ecosistema equilibrato autosufficiente” che essi hanno sviluppato ha così dato come risultato anche le Biosfere ‘portatili’.

 

8 mesi nello spazio

I procedimenti brevettati usati per costruirle sono gli stessi impiegati per realizzare le Biosfere che hanno volato nello spazio -complessivamente 8 mesi- sullo Space Shuttle “Endeavor” (lanciata il 19 maggio ‘96) della NASA e sulla Stazione Spaziale russa MIR.

Il progetto Biosphere 2 dimostra che i sistemi biorigenerativi materialmente chiusi (ABS -Sistemi Biologici Autonomi) possono essere costruiti con successo e che si ‘autogestiscono’ per lunghi periodi di tempo. Anche lo schema di questi sistemi è molto flessibile e copre una vasta gamma di applicazioni, grandezza e complessità, inclusi i sistemi disegnati esclusivamente per il sostegno della vita umana. Ciò ha applicazioni significative in due campi di applicazione sperimentale:

– lo sviluppo di uno strumento sperimentale per la ricerca ambientale;

– la creazione di sostegno alla vita pratica bio-rigenerativa per l’uso in località disagevoli o remote: sul nostro Pianeta o al di fuori di esso.

 

Matematica ambientale

Biosphere 2 viene ora usata come strumento per condurre una ricerca bio-geo-chimica ed ambientale in un modo tale che non era mai stato possibile prima. Una squadra straordinaria di scienziati -in cui si assommano specialisti di ecologia, chimica analitica, ingegneria aerospaziale, per affrontare in modo coinvolgente e

dinamico i progetti ambientali e spaziali- sta ora lavorando assieme su Biosphere 2, sotto la direzione della Columbia University: Biosphere 2 fornisce un ambiente strettamente controllato per studiare i processi naturali che avvengono all’interno di un sistema biologicamente chiuso, le cui componenti siano matematicamente quantificabili. Il passo successivo è stato quello di costruire piccoli multipli di simili ambienti, le Bio-Sfere appunto. Ciò permette esperimenti quantitativi e controllati (comparativi) che possano essere condotti su parecchi insiemi e possano essere paragonati l’un l’altro.

E’ la creazione di ambienti sigillati che permette ai fenomeni bio-geo-chimici che avvengono al loro interno di essere quantificati.

una Bio-Sfera per modello…

Le piccole, identiche biosfere multiple costituiscono uno strumento scientifico duttile. Per esempio, cambiando un parametro in 5 biosfere sperimentali attive su 10, gli effetti bio-geo-chimici e dell’ecosistema di quella variante può essere studiato in modo comparato.

Risultati che si prestano allo studio diretto attraverso l’uso di sistemi multipli di biosfere includono gli effetti che si hanno dagli aumenti di anidride carbonica atmosferica, dal livello dell’inquinamento industriale, l’estinzione e l’introduzione di una singola specie e gli effetti della bio-diversità.

La riproducibilità costante di piccole biosfere di caratteristiche del tutto uguali è sicuramente una delle problematiche più affascinanti e dibattute.L’idea di creare biosfere che ecologicamente siano sufficientemente simili fra loro per avere valore scientifico, perfino con biosfere della grandezza di una piccola stanza, pone un problema fondamentale nella teoria del caos.

 

Caos e biosfere

E’ anche possibile creare biosfere che convergeranno nella stessa struttura ecologica di base, oppure esse divergeranno sempre, date le dinamiche caotiche di un sistema biologico complesso?

La determinazione della riproducibilità di biosfere complesse, prodotte con metodi controllati e scientificamente rigorosi, rappresenta l’ultimo passo fondamentale prima che le biosefere diventino uno strumento della scienza veramente efficace.

 

Supporto di vita

Tutte le componenti base di un sistema di supporto di vita bio-generativa sono state sviluppate in laboratori in tutto il mondo.

Biosphere 2 e gli esperimenti condotti in Russia hanno dimostrato che i concetti a sostegno del sistema di supporto di vita bio-rigenerativa sono concretamente attuabili, benché rimanga ancora la sfida per costruire ed operare un sistema pienamente funzionale con esseri umani all’interno per un lungo periodo di tempo. Per essere utili, tali sistemi chiusi e semi-chiusi devono essere progettati per essere usati in ambienti remoti e ostili (sul Pianeta e fuori da esso) dove la produzione di cibo, il riciclaggio dell’acqua e dell’aria e la riduzione dei rifiuti comporti molti benefici pratici: deserti, basi spaziali orbitanti, insediamenti su Luna, altri pianeti.

L’uso di biosfere per la ricerca ambientale e sostegno di vita crea un’integrazione unica di molti campi della scienza che sarebbero altrimenti separati. Discipline che vanno dalla teoria del caos alla chimica, alla medicina e biologia vengono sollecitate a portare il loro contributo attinente al campo del “Biosferico”. Benché sia difficile immaginarlo ora, sette anni fa il termine Biosfera era ben lontano dal linguaggio corrente.

Come applicazione crescente di discipline multiple, la tecnologia Biosferica possiede il potenziale per diventare un campo di studio unico che integra molte discipline scientifiche altrimenti separate: un potenziale educativo, scientifico e culturale che può iniziare ora ad essere capito da tutti.

 

ECOLOGIA CULTURA E COMPAGNIA

In Italia secondo le ultime valutazioni, si possono contare (1996) più di 25 milioni di animali da compagnia: oltre sei milioni di cani, oltre sette milioni di gatti, oltre 12 milioni di uccelli. Esistono però altre moltitudini di animali che popolano le case degli italiani. In quasi cinque milioni di famiglie vivono ben 25.500.000 pesci. Sono questi gli animali domestici più diffusi nelle nostre case.

La grande attenzione e attrazione costituita dagli acquari è un segno importante dei tempi che stiamo vivendo. Nelle versioni più competenti e dignitose essi sono la rappresentazione di un ambiente naturale. Possono essere anche considerati modelli di ecosistemi. In ecologia sono in uso termini “raffinati” per definire acquari allestiti per la ricerca e la didattica: microcosmi acquatici.

 

Microcosmi acquatici

Nelle esercitazioni di biologia sperimentale, al nostro Dipartimento, i microcosmi acquatici sono oggetto di numerose attenzioni. Anche nelle scuole di altro ordine e grado gli acquari e i terrari hanno egregiamente sostituito, nelle osservazioni scientifiche, le banali sperimentazioni che avevano, come protagonisti, fagioli che germogliavano nell’ovatta bagnata o rane da dissezionare. Per l’educazione ambientale, che esige un approccio sistemico, i microcosmi acquatici e terrestri sono un utile modello che consente di verificare le relazioni tra le componenti viventi (biotiche) e quelle non-viventi (abiotiche) di un ecosistema. Il loro livello di autonomia, e cioè l’eventualità che essi possano mantenere un equilibrio senza un eccessivo apporto di energia, cibo, manutenzione dall’esterno è l’obbiettivo che i migliori professionisti e i più abili dilettanti, cercano di raggiungere.

 

Il fascino delle Bio-Sfere

Il fascino che queste “biosfere” ora suscitano sta proprio, a mio avviso, in questa caratteristica di ‘autosufficienza solare’.

Col loro successo, rappresenteranno uno dei tanti sintomi, dei profondi mutamenti che è possibile percepire, nella società, relativamente ai rapporti tra uomini e animali. L’idea di un microcosmo autosufficiente o, almeno, ben poco esigente, può essere importante e tranquillizzante. Come e più degli acquari, che in molti casi hanno effetti sedativi conclamati, ma anche fonte di tensione per tutte le attenzioni che richiedono.

 

Le raccomandazioni dell’ecologo

L’ecologo Eugene P. Odum aveva già raccomandato di utilizzare sistemi semplici (come dei contenitori in vetro posti in una camera climatica sotto una buona sorgente di luce) riempiti per metà con un brodo di coltura e inoculati con campioni d’acqua e sedimenti provenienti da uno stagno. Questi sistemi contengono, evidentemente, entità viventi (batteri, alghe protozoi, funghi e così via) non note, ma è possibile osservare, con il tempo variazioni nella produzione fotosintetica, nella respirazione e nella quantità (biomassa) degli organismi presenti. Queste variazioni sono simili a quelle che si osservano nell’evoluzione di un sistema aperto di dimensioni molto maggiori. All’inizio la produzione è maggiore della respirazione e solo successivamente, se si raggiunge l’equilibrio, i due valori si equivalgono.

Lo stesso Odum suggerì, per la sperimentazione, di allestire microcosmi con microrganismi perfettamente noti e selezionati -esattamente ciò che sono le Bio-Sfere- ma anche in quel caso è necessario uno sforzo notevole per paragonare le osservazioni che si svolgono nei microcosmi a quelle che si svolgono nella realtà, nel macrocosmo.

Uno sforzo quantomai utile.

Da appunti del prof. Ettore Tibaldi – docente di Ecologia, Dipartimento Biologia, Univ. Milano

 

EDUCAZIONE AMBIENTALE

L’educazione ambientale, intesa innanzi tutto come conoscenza e rispetto del mondo naturale, degli organismi viventi -creature- è certamente uno dei fattori formativi più importanti ed urgenti.

Lo sviluppo sostenibile esige, per non essere un vuoto slogan, un approccio culturale di tipo nuovo, radicato nei valori, al rapporto uomo – natura.

Certamente la formazione non avviene se non supportata da conoscenze, concrete ed operative.

Se questo è valido sempre tanto più lo è se riguarda le conoscenze del mondo naturale: libri, disegni, enciclopedie, strumenti multimediali non possono mai sostituire il contatto diretto col mondo naturale.

Ecco quindi che l’aula deve divenire un laboratorio naturalistico: coltivazioni, acquari e quant’altro sono completi non d’arredo ma di conoscenza concreta e formazione.

La scuola italiana, anche con l’apporto delle istituzioni territoriali e delle associazioni scientifiche ed ambientaliste, è molto impegnata da questo punto di vista e certamente accoglierà con grande interesse un supporto didattico come le Bio-Sphere che coniugano la possibilità di portare la natura in classe con il rispetto degli organismi viventi e la fruizione di tecnologie d’avanguardia.

L’acquario, nella versione delle Bio-Sphere, rappresenta quel mondo equilibrato ed armonico di cui parla Conrad Lorenz nel suo stupendo libro L’anello di re Salomone.

Come ambientalista e come uomo di scuola, che per lunghi anni ha coordinato proprio l’educazione ambientale nelle Scuole italiane, ringrazio Sergio Angeletti, scienziato e divulgatore esimio, per aver dato alla Scuola questo importante strumento di lavoro, conoscenza, educazione.

 

Dr.Prof. Roberto Leoni – Dirigente superiore per laFunzione Ispettiva M.P.I.

 

UN MODELLO DI BIOSFERA…

Tutto quello che succede sul nostro Pianeta (il volo di una rondine, la crescita di una pianta, anche la corsa di un’automobile) è reso possibile da due grandi gruppi di fenomeni: il riciclo degli elementi reso, a sua volta, possibile da un flusso di energia.

Parlare di ciclo significa semplicemente dire che la Terra è un sistema chiuso, nel senso che essa spontaneamente non perde né acquista materia (a parte il trascurabile apporto di meteoriti).

Per esempio un atomo di carbonio, nel giro di pochi anni, può passare da una roccia (carbonato di calcio) a un gas (anidride carbonica) ad una pianta, ad un animale (erbivoro), e da lui eventualmente al carnivoro, poi di nuovo ad un gas, ad un animale acquatico, ad una roccia, e via discorrendo: è insomma inserito in un ciclo della materia che interessa tutta la superficie, e non solo, del nostro Pianeta.

Ma tutto ciò è possibile perchè gli ecosistemi (oceani, foreste, campi coltivati etc.) vengono continuamente attraversati da un flusso di energia proveniente dallo spazio esterno, ovvero dalla stella Sole. Infatti è la radiazione solare a muovere, in ultima analisi, le onde del mare, gli uragani, gli animali (i loro cuori, le loro cellule etc.), lo sviluppo delle piante e le macchine che utilizzano combustibili fossili (carbone, petrolio e derivati).

Si ricordi che i combustibili, come anche il cibo, non sono altro che energia solare assorbita, elaborata, e immagazzinata. Esiste dunque un flusso di energia che, sotto varie forme (energia radiante, chimica, meccanica, termica etc.) fa muovere tutto quello che c’è sulla Terra grazie anche al fatto che le piante, per mezzo della fotosintesi, sono in grado di trasformare l’energia radiante (luce) in energia biologicamente utile. Tranne poche eccezioni (energia geotermica e nucleare), tutta l’energia sulla Terra ci viene dal Sole. Essa ‘muove’ il mondo vivente e non vivente per poi disperdersi nuovamente nello spazio siderale sotto forma di energia termica.

e una Bio-Sfera per modello…

In conclusione, tutti i fenomeni vitali (e non solo) sono possibili grazie ad un flusso di energia, a origine esterna/cosmica, che muove una serie di cicli bio-geo-chimici. Il nostro Pianeta, dunque, risulta chiuso per quanto riguarda la materia e aperto per quanto riguarda l’energia.Proprio come il minuscolo modello di Biosfera -Bio-Sphere- di cui parliamo.

Anche in questa sfera di vetro si svolge un ciclo della materia in cui carbonio, ossigeno, azoto e altri elementi si trasferiscono in continuazione dallo scomparto vegetale (alghe), a quello animale (gamberetti) a quello dei decompositori di sostanza organica (batteri), e viceversa.

Anche in essa, inoltre, il tutto viene mosso da un flusso energetico che origina dalla luce solare.

E’ un modello è interessante culturalmente e didatticamente appunto perchè è, in piccolo, una replica parziale di quanto sta avvenendo, da milmiardi di anni a livello planetario.

 

Da appunti del Prof. Aldo Zullini – Cattedratico Zoologia, docente Ecologia e Zoogeografia, Università di Milano

 

Chi vive all’interno della Beachworld?

Popolano le Beachworld  gamberetti che si trovano soltanto su alcune isole hawaiane. Vivono in specchi d’acqua interni che si trovano nelle rocce laviche. Spessi strati di alghe rosso scuro rivestono le pareti delle pozze, insieme ad altri tipi di macro alghe. I gamberetti non mangiano le alghe, ma piuttosto le curano, nutrendosi delle microalghe e dei batteri che crescono sugli strati di alghe. Sono letteralmente i giardinieri del loro ambiente. Mantengono l’equilibrio all’interno delle pozze, e le conservano pulite cosicché le alghe grandi possano prosperare. Nel vostro Beachworld  potrete osservare gamberetti “pascolare” ed anche trasportare un granello di sabbia. Se i gamberetti vengono disturbati tendono a perdere temporaneamente il colore rosso vivace nel tentativo di confondersi con la sabbia. Una volta che si sono calmati ridiventano ben presto rossi.

A differenza di quanto avviene nel loro ambiente naturale, non ci sono predatori nel B.W., così la vita dei gamberetti può essere molto lunga, fino a circa 12 anni. Normalmente non si riproducono all’interno della Beachworld  poiché amano riprodursi al buio, in luoghi appartati. Le Beachworld  sono troppo piccole per sostenere un numero crescente di gamberetti, per cui non forniamo luoghi per la riproduzione. La Beachworld  ha una previsione di vita da 3 a 6 anni, ma vi sono stati casi in cui sono vissuti fino a 12 anni.

 

Chi vive all’interno delle Biosfere?

All’interno di questi mondi d’acqua vi sono delle belle piante acquatiche, lumache, minuscoli gamberetti (chiamati Anfipodi), insetti acquatici rotanti ed organismi microscopici che vivono in armonia. La vita all’interno della BS deriva principalmente dagli habitat di acqua dolce degli Stati Uniti, tuttavia si possono trovare parenti di questa specie in tutto il mondo. Più grande è la BS, più varia ed abbondante è la vita al suo interno.

 

Cosa sono le Biosfere?

Il nostro pianeta è un sistema chiuso in cui gli organismi viventi operano in cooperazione: una biosfera perfetta che non lascia entrare od uscire niente se non la luce solare. La vostra Bio-Sphere è una biosfera in miniatura che racchiude le attività fondamentali della nostra terra, compresa la riproduzione.

Un’interazione complessa tra piante, animali e l’ambiente mantiene un equilibrio delicato. L’energia del sole regola i cicli biosferici e favorisce la crescita delle piante e degli animali. La luce del sole fa si che le piante subiscano un processo chiamato “fotosintesi”, che utilizza l’energia della luce per trasformare l’anidride carbonica in ossigeno, in cambio gli animali producono l’anidride carbonica ed i nutrimenti necessari alle piante.

La BS è stata creata da un ingegnere di una base spaziale e da due dei membri di “BIOSPHERE 2”. I due ricercatori di “BS 2” hanno vissuto e lavorato per due anni all’interno del grande ecosistema chiuso che si trova in Arizona, senza mai lasciare la struttura insieme con altri membri. L’edificio in vetro ed acciaio copre 3,15 acri e contiene molti ambienti diversi, inclusi la foresta tropicale, la savana, il deserto, la palude e l’oceano. La Columbia University gestisce “BS 2”, dove gli scienziati continuano a fare ricerche sui mutamenti del globo. I creatori di BS hanno completato un esperimento spaziale di dieci giorni sullo shuttle americano e due esperimenti di quattro mesi a bordo della stazione spaziale russa MIR, con ecosistemi chiusi simili alla BS.

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