Biophysics for ecology

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The paper presents some new opportunities for biophysics to solve the fundamental challenge of global ecology—to decode the mechanism maintaining the steady state of the biosphere. The Institute of Biophysics (SB RAS) develops two mutually supportive lines in ecological biophysics: first, to monitor by optical methods vital activity of natural and constructed ecosystem by example of marine bioluminescence and closed ecosystem; second, to study regularities of parametric control of biosynthesis and creation of bioengineering systems to control these processes to construct no sphere-like ecosystems for human life support under extreme conditions on Earth and in space, in particular.

Full Text

Restricted Access

About the authors

J. I. Gitelson

Institute of Biophysics of SB RAS

Author for correspondence.
Email: gitelson@ibp.ru

Academician of RAS, Advisor to RAS, Chief Researcher

Russian Federation, Krasnoyarsk

References

  1. Гительзон И. И. Отчёт о работе отряда биолюминесценции в 38-м рейсе экспедиционного судна "Витязь" // Архив Института океанологии АН СССР, 1966.
  2. Дарвин Ч. Дневник изысканий по естественной истории и геологии стран, посещённых во время кругосветного плавания корабля её величества "Бигль" под командой капитана Королевского флота Фиц Роя. М.-Л.: Биомедгиз, 1935.
  3. Harvey E. N. Bioluminescence. N.Y.: Acad. Press, 1952.
  4. Clark G. L., Backus R. H. Measurements of light penetration in relation to vertical migration and records of luminescence in deep-sea animals // Deep-sea Res. 1956. V. 4. P. 1-14.
  5. Kampa E. M., Boden B. P. Light generation in a sonic-scattering layer // Deep-sea Res. 1957. V. 4. № 2. P. 73-92.
  6. Гительзон И. И., Левин Л. А., Утюшев Р. Н. и др. Биолюминесценция в океане. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992.
  7. Hastings J. W. Bioluminescence in marine dinoflagellates // Natl. Biophys. Conf. 1959. V. 1. Р. 427-434.
  8. Родичева Э. К., Выдрякова Г. А., Медведева С.Е. Каталог светящихся бактерий. Новосибирск: Наука, 1997.
  9. Гительзон И. И. Светящиеся бактерии. М.: Наука, 1975.
  10. Kotlobay А. A. et al. Genetically encodable bioluminescent system from fungi // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018. V. 115(50). P. 12728-12732.
  11. Purtov K. V., Petushkov V. N., Baranov M. S. et al. The Chemical Basis of Fungal Bioluminescence // Angew. Chem. Int. Engl. 2015. V. 54(28). P. 8124-8128.
  12. Kaskova Z. M., Dörr F. A., Petushkov V. N. et al. Mechanism and color modulation of fungal bioluminescence // Sci Adv. 2017. V. 3(4). e1602847.
  13. Гительзон И. И., Ковров Б. Г., Лисовский Г. М. и др. Экспериментальные экологические системы, включающие человека // Проблемы космической биологии. Т. 28. М.: Наука, 1975.
  14. Gitelson I. I., Lisovsky G. M., MacElroy R. D. Manmade Closed Ecological Sistems. L.-N.Y.: Tayler & Francis, 2003.
  15. Гительзон И. И., Фиш А. М., Чумакова Р. И., Кузнецов А. М. Максимальная скорость размножения бактерий и возможность её определения // Доклады АН СССР. 1973. № 6. С.1453-1455.
  16. Гительзон И. И., Киренский Л. В., Терсков И. А. и др. Замкнутый водообмен в двухзвенной биолого-технической системе жизнеобеспечения человека // Bioastronautics Proc. XIXth IAP Congress, New York, 1968 // Pergamon Press and PWN-Polish Sci. Publ. 1970. V. 4. Р. 91.
  17. Gitelson J. I., Blum V., Grigoriev A. I. et al. Biological-physical-Chemical Aspects of a Human Life Support System for a Luna Base // Acta Astronautica. 1995. V. 37. P. 385-394.
  18. Гительзон И. И., Лисовский Г. М., Терсков И. А. Сравнение продуктивности водорослей с высшими растениями // Управляемый биосинтез. М.: Наука, 1966. С. 68-75.
  19. Окладников Ю. Н., Власова Н. В., Касаева Г. Е., Родионов В. Н. Звено "человек" в эксперименте (медико-физиологические исследования) // Замкнутая система: человек – высшие растения / Отв. ред. Г. М. Лисовский. Новосибирск: Наука, 1979. С. 82-99.
  20. Тихомиров А. А., Ушакова С. А. Научные и технологические основы формирования фототрофного звена биолого-технических систем жизнеобеспечения. Красноярск: Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т, 2016.
  21. Вернадский В. И. Научная мысль как планетарное явление. М.: Наука, 1991.
  22. Яншина Ф. Т. Ноосфера: утопия или реальная перспектива? // Общественные науки и современность. 1993. № 1. С. 163-173.
  23. Моисеев Н. Н. Расставание с простотой. М.: Аграф, 1998.
  24. Волова Т. Г., Окладников Ю. Н., Сидько Ф. Я. и др. Производство белка на водороде / Отв. ред. И. И. Гительзон. Новосибирск: Наука, 1981.
  25. Шишацкий О. Н., Шишацкая Е. И., Волова Т. Г. Разрушаемые полимеры: потребности, производство, применение. Красноярск: ООО НИТ, 2010.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. GITELZON Joseph Isaevich - Academician of the Russian Academy of Sciences, Advisor to the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher of the IBP SB RAS.

Download (189KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. The sea is full of light Registration of light flashes with a bioluminometer in 3 minutes.

Download (89KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Descent aboard the Chamomile instrument — a sounding instrument complex for targeted real-time sampling of planktonic and hydrochemical samples according to a bioluminometer

Download (447KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Vityaz expeditionary ship of the Institute of Oceanology of the Academy of Sciences

Download (340KB)
Indexing metadata
6. Fig. 4. The first sketch of the bioluminescent field of the oceans according to the expeditions of the Institute of Physics (Biophysics) SB RAS on the ships of the Institute of Oceanology RAS The fill density corresponds to the intensity of the bioluminescent glow

Download (607KB)
Indexing metadata
7. Fig. 5. A cluster of genes encoding the enzymes of the caffeic acid cycle - a biochemical cascade responsible for the glow of mushrooms Sources: [10, 11]

Download (406KB)
Indexing metadata
8. Fig. 6. The layout of BIOS-3 1 - residential part: three crew cabins, a sanitary-hygienic module, a kitchen-dining room; 2 - phytotron with higher plants: two with sown areas of 20 m2 in each; 3 - algal cultivator: three phytobioreactors with a volume of 20 l each for growing Chlorella vulgaris

Download (544KB)
Indexing metadata
9. Fig. 7. Pilot cultivator for biosynthesis of protein biomass with hydrogen bacteria (Institute of Biophysics SB RAS)

Download (555KB)
Indexing metadata
10. Fig. 8. Destruction of tablet bioplastics at sea

Download (290KB)
Indexing metadata
11. Fig. 9. The project of the megabyosine complex "Hydrogen-hydrogen biosynthesis" The author of the scheme is engineer V.M. Podlesny (IBF)

Download (484KB)
Indexing metadata
12. Fig. 10. The tree of knowledge of the biosphere – noosphere. The prospect of growth and fruiting for the benefit of mankind (free artistic performance) 1 - technology of closed ecosystems, 2 - agricultural technology for deserts, 3 - atmospheric regeneration, 4 - human life support in the Arctic and Antarctic, 5 - distant monitoring of biosphere processes, 6 - modeling of the biosphere, 7 - modeling of the noosphere, 8 - inhabited orbital stations, 9 - life support of flights in the Solar system, 10 - lunar base, 11 - Martian base Figure V.G. Leonova

Download (251KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences