Biologie spațială. Metode moderne de cercetare biologică

Știința biologiei include o mulțime de secțiuni diferite, științe subsidiare mari și mici. Și fiecare dintre ele este importantă nu numai în viața umană, ci și pentru întreaga planetă ca întreg.

Pentru al doilea secol la rând, oamenii încearcă să învețe nu numai diversitatea pământească a vieții în toate manifestările ei, ci și să afle dacă există viață în afara planetei, în spațiul cosmic. Aceste probleme sunt tratate de o biologie specială științifică - spațială. Despre aceasta și vor fi discutate în revizuirea noastră.

secțiune știința biologică - biologie spațială

Această știință este relativ tânără, dar se dezvoltă foarte intens. Principalele aspecte ale studiului sunt:

1. Factorii spațiului cosmic și influența lor asupra organismelor ființelor vii, activitatea vitală a tuturor sistemelor vii în condiții de spațiu sau de aeronave.
2. Dezvoltarea vieții pe planeta noastră cu participarea spațiului, evoluția sistemelor vii și probabilitatea existenței biomasei dincolo de limitele planetei noastre.
3. Posibilitățile de construire a sistemelor închise și crearea în ei a unor condiții reale de viață pentru dezvoltarea și creșterea confortabilă a organismelor din spațiul cosmic.

Medicina spațială și biologia sunt științe strâns legate, studiind în comun starea fiziologică a ființelor vii în spațiu, prevalența lor în spațiile interplanetare și evoluția.

Datorită cercetării acestor științe, a fost posibilă selectarea condițiilor optime pentru găsirea oamenilor în spațiu, fără a afecta sănătatea. A fost colectat un material imens privind existența vieții în spațiu, posibilitățile plantelor și animalelor (unicelulare, multicelulare) de a trăi și de a se dezvolta în lipsă de greutate.

Istoria dezvoltării științei

Rădăcini Space Biologie datează din cele mai vechi timpuri, când filozofi și gânditori - naturalisti Aristotel, Heraclit, Platon, și altele - vizionarea de stele, încercând să identifice relația dintre Lună și Soare la Pământ, pentru a înțelege cauzele impactul lor asupra terenurilor agricole și animale.

Mai târziu, în Evul Mediu încercările au început să determine forma Pământului și să explice rotația sa. Pentru o lungă perioadă de timp auzită a fost teoria creată de Ptolemeu. Ea a spus că Pământul este centrul universului, și toate celelalte planete și corpuri cerești se mișcă în jurul ei (sistem geocentric).

Cu toate acestea, a existat un alt om de știință, Polul Nikolai Copernicus, care a dovedit eroarea acestor afirmații și a propus propriul sistem heliocentric al structurii lumii: în centru - Soarele și toate planetele se mișcă. Soarele este, de asemenea, o stea. Opiniile sale au fost susținute de adepții lui Giordano Bruno, Newton, Kepler, Galileo.

Cu toate acestea, a fost biologie cosmică ca știință a apărut mult mai târziu. Numai în omul de știință rus din secolul XX Konstantin Tsiolkovsky a dezvoltat un sistem care permite oamenilor să pătrundă în adâncurile spațiului și să le învețe încet. El este considerat părintele acestei științe. De asemenea, un rol important în cosmobiology de dezvoltare a jucat descoperiri în fizică și astrofizică, chimie si mecanica cuantică, Einstein, Bohr, Planck, Landau Fermi, Kapitsa, Bogolyubov și altele.

Noile cercetări științifice, care au permis oamenilor să efectueze zboruri planificate pe termen lung în spațiu, au făcut posibilă identificarea unor motive medicale și biologice specifice pentru siguranța și impactul condițiilor extraplanetare formulate de Tsiolkovsky. Care era esența lor?

1. Oamenii de știință au primit o justificare teoretică a efectului imponderabilității asupra organismelor de mamifere.
2. El a modelat câteva opțiuni pentru crearea condițiilor de spațiu în laborator.
3. El a propus variante de primire a alimentelor și a apei de către cosmonaut cu ajutorul plantelor și a unui ciclu de substanțe.

Astfel, Tsiolkovsky a pus toate postulatele de bază ale astronauticii, care nu și-au pierdut astăzi relevanța.

imponderabilitate

Cercetarea biologică modernă în studiul influenței factorilor dinamici asupra corpului uman în condițiile spațiului permite salvarea astronauților cât mai mult posibil de influența negativă a acestor factori.

Există trei caracteristici dinamice principale:

• vibrații;
• accelerație;
• imponderabilitate.

Cel mai neobișnuit și important pentru acțiunea asupra corpului uman este tocmai lipsa de greutate. Aceasta este o stare în care dispare forța de gravitate și nu este înlocuită de alte influențe inerțiale. Astfel, persoana își pierde complet capacitatea de a supraveghea poziția unui corp în spațiu. Această stare începe deja în straturile inferioare ale cosmosului și este păstrată în tot spațiul său.

Studiile bio-biologice au arătat că, în starea de lipsă de greutate în corpul uman, apar următoarele modificări:

1. Palpitația inimii crește.
2. Relaxează mușchii (tonul dispare).
3. Scăderea eficienței.
4. Posibile halucinații spațiale.

O persoană în greutate poate rămâne până la 86 de zile fără a afecta sănătatea. Acest lucru a fost dovedit de experiență și a fost confirmat din punct de vedere medical. Cu toate acestea, una dintre sarcinile biologiei spațiale și a medicinii de astăzi este elaborarea unui set de măsuri pentru a preveni efectele imponderabilității asupra corpului uman în general, pentru a elimina oboseala, a spori și a menține capacitatea de lucru normală.

Există o serie de condiții pe care cosmonauții le respectă pentru a depăși greutatea și a menține controlul asupra corpului:

• Designul aeronavei corespunde strict standardelor de siguranță necesare pentru pasageri;
• cosmonauții sunt întotdeauna atent fixați pe locurile lor pentru a evita zborurile neprevăzute în sus;
• toate elementele de pe navă au un loc strict definit și sunt asigurate corespunzător pentru a evita situațiile traumatice;
• Lichidele se depozitează numai în recipiente închise ermetic.

  

Pentru a obține rezultate bune în depășirea greutății, cosmonauturile se antrenează pe Pământ. Dar, din păcate, în timp ce modern cercetarea științifică Nu permiteți crearea unor condiții similare în laborator. Pe planeta noastră pentru a depăși gravitatea nu este posibilă. Aceasta este, de asemenea, una dintre sarcinile viitoare pentru biologie spațială și medicală.

Suprasarcină în spațiu (accelerare)

Un alt factor important care afectează corpul uman în spațiu este accelerarea sau supraîncărcarea. Esența acestor factori este redusă la o redistribuire inegală a încărcăturii pe corp cu mișcări puternice ale vitezei în spațiu. Există două tipuri principale de accelerare:

• scurt;
• mult timp.

După cum arată cercetarea medicală și biologică, atât accelerarea este foarte importantă în influențarea stării fiziologice a corpului astronauților.

De exemplu, sub acțiunea accelerărilor pe termen scurt (care durează mai puțin de o secundă), pot apărea modificări ireversibile ale organismului la nivel molecular. De asemenea, dacă organele nu sunt instruite, sunt destul de slabe, există riscul ruperii cochiliilor. Astfel de influențe pot fi efectuate atunci când capsula este separată de cosmonaut în spațiu, atunci când este expulzată sau când nava intră pe orbită.

Prin urmare, este foarte important ca cosmonauții să fie supuși unui examen medical aprofundat și unei anumite pregătiri fizice înainte de a zbura în spațiu.

Accelerarea cu acțiune îndelungată are loc atunci când racheta este lansată și aterizată, precum și în timpul zborului în anumite locații spațiale ale cosmosului. Efectul acestor accelerări asupra corpului, conform datelor furnizate de cercetarea medicală științifică, este următorul:

• palpitații și pulsații;
• respirație mai rapidă;
• apariția de greață și slăbiciune, paloare a pielii;
• viata sufera, un film rosu sau negru apare inaintea ochilor voastre;
• posibil un sentiment de durere în articulații, membre;
• tonul țesutului muscular cade;
• regulamentul neuro-umoral variază;
• schimbul de gaze în plămâni și în organism ca un întreg devine diferit;
• eventual apariția transpirației.

Supraîncărcarea și greutatea fac cercetătorii medicali să vină în moduri diferite. care să permită adaptarea, trenarea cosmonauturilor astfel încât să poată rezista acțiunii acestor factori fără consecințe asupra sănătății și fără pierderea eficienței.

Una dintre modalitățile cele mai eficiente de a instrui cosmonauturile pentru accelerare este aparatul de centrifugare. În ea puteți observa toate schimbările care apar în corp sub acțiunea supraîncărcărilor. De asemenea, vă permite să vă instruiți și să vă adaptați la influența acestui factor.

Flying în spațiu și în medicină

Flying în spațiu are cu siguranță un impact foarte mare asupra sănătății oamenilor, în special neinstruiți sau cu boli cronice. Prin urmare, un aspect important este cercetarea medicală a tuturor subtilităților de zbor, a tuturor reacțiilor corpului la cele mai diverse și incredibile efecte ale forțelor non-planetare.

Zero-G zbor face ca medicina moderna si biologie pentru a inventa și de a articula (în același timp, pentru a efectua, desigur), un set de măsuri pentru a asigura astronauții nutriție adecvată, de odihnă, de alimentare cu oxigen, menține eficiența și așa mai departe.

În plus, medicina este concepută pentru a oferi astronauților o asistență demnă în caz de situații neprevăzute, de urgență, precum și de protecție împotriva efectelor forțelor necunoscute ale altor planete și spații. Acest lucru este destul de dificil, durează mult timp și efort, o mare bază teoretică, folosind doar cele mai recente echipamente și preparate moderne.

În plus, medicina împreună cu fizica și biologia are sarcina de a proteja astronauții de factorii fizici ai condițiilor spațiale, cum ar fi:

• temperatură;
• radiații;
• presiune;
• meteoriți.

Prin urmare, studiul tuturor acestor factori și trăsături este foarte important.

Metode de cercetare în biologie

Biologia cosmică, ca orice altă știință biologică, posedă un anumit set de metode care permit cercetării, acumulării materialului teoretic și confirmarea acestuia cu concluzii practice. Aceste metode în timp nu rămân neschimbate, în funcție de actualizări și actualizări, în conformitate cu timpul curent. Cu toate acestea, metodele istoric dezvoltate de biologie rămân relevante pentru această zi. Acestea includ:

1. Observare.
2. Experiment.
3. Analiza istorică.
4. Descriere.
5. Compara.

Aceste metode de cercetare biologică sunt de bază, relevante în orice moment. Dar există o serie de alții care au apărut odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, a fizicii electronice și a biologiei moleculare. Acestea sunt numite moderne și joacă cel mai important rol în studiul tuturor proceselor biologice, chimice, medicale și fiziologice.

Metode moderne

1. Metode de inginerie genetică și bioinformatică. Aceasta include transformarea agrobacteriană și balistică, PCR (reacții în lanț polimerazice). Rolul studiilor biologice ale unui astfel de plan este mare, deoarece ele ne permit să găsim soluții la problema nutriției și saturației cu oxigen rachete și cabine pentru starea confortabilă a cosmonautului.
2. Metode de chimie și histochimie a proteinelor. Permite controlul proteinelor și enzimelor în sistemele vii.
3. Utilizarea microscopiei fluorescente, microscopie superresolvare.
4. Utilizarea biologiei moleculare și a biochimiei și metodele lor de cercetare.
5. biotelemetrie - o metodă care este rezultatul unei combinații între lucrările inginerilor și medicilor pe o bază biologică. Vă permite să monitorizați la distanță toate funcțiile importante din punct de vedere fiziologic ale corpului, cu ajutorul canalelor de comunicații radio ale corpului uman și ale registratorului de computer. Biologia spațială folosește această metodă ca principală metodă pentru urmărirea efectelor condițiilor spațiale asupra organismelor astronauților.
6. Indicația biologică a spațiului interplanetar. O metodă foarte importantă de biologie cosmică, care face posibilă evaluarea stărilor interplanetare ale mediului, este de a obține informații despre caracteristicile diferitelor planete. Baza aici este utilizarea animalelor cu senzori încorporați. Animalele experimentale (șoareci, câini, maimuțe) extrag informații din orbite, care sunt folosite de cercetătorii pământului pentru analize și concluzii.

Metodele moderne de cercetare biologică permit rezolvarea problemelor avansate nu numai ale biologiei cosmice, ci și universale.

Probleme ale biologiei spațiului

Toate metodele de cercetare biomedicală de mai sus, din păcate, nu au reușit încă să rezolve toate problemele legate de biologia spațială. Există o serie de probleme de actualitate care rămân urgente până în prezent. Să analizăm principalele probleme cu care se confruntă medicina spațială și biologia.

1. Selectarea personalului instruit pentru zborul în spațiu, a cărui stare de sănătate ar putea să îndeplinească toate cerințele medicilor (inclusiv permițând cosmonautului să reziste unei instruiri riguroase și unei pregătiri pentru zboruri).
2. Un nivel decent de pregătire și furnizare a tuturor echipajelor necesare spațiului.
3. Asigurarea securității în toate privințele (inclusiv din influențe necunoscute sau străine de pe alte planete) la navele și structurile de avioane ale lucrătorilor.
4. Reabilitarea psiho-psihologică a cosmonautului la întoarcerea pe Pământ.
5. Dezvoltarea unor modalități de a proteja astronauții și nave spațiale de la radiații.
6. Asigurarea condițiilor normale de viață în cabine în timpul zborurilor către spațiu.
7. Dezvoltarea și aplicarea tehnologiilor informatice modernizate în medicina spațială.
8. Implementarea telemedicinei spațiale și a biotehnologiei. Folosind metodele acestor științe.
9. Soluția de probleme medicale și biologice pentru zborurile confortabile ale astronauților către Marte și alte planete.
10. Sinteza agenților farmacologici care vor rezolva problema oxigenării în spațiu.

Dezvoltat, îmbunătățit și integrat în aplicarea metodelor de cercetare medicală și biologică va rezolva în mod necesar toate sarcinile și problemele care au fost stabilite. Cu toate acestea, atunci când se întâmplă acest lucru - întrebarea este complexă și destul de imprevizibilă.

Trebuie remarcat faptul că nu numai oamenii de știință din Rusia, dar și consiliul academic din toate țările, sunt implicați în rezolvarea tuturor acestor probleme. Și acesta este un mare plus. La urma urmei, cercetarea și cercetarea în comun vor da un rezultat pozitiv mai mare și mai rapid. Cooperarea globală strânsă în rezolvarea problemelor spațiale este cheia succesului în dezvoltarea spațiului non-planetar.

Realizări moderne

Astfel de realizări sunt multe. La urma urmei, munca zilnică intensă este făcută, amănunțită și dureroasă, ceea ce vă permite să găsiți tot mai multe materiale noi, să trageți concluzii și să formulați ipoteze.

Una dintre cele mai importante descoperiri ale secolului 21 în cosmologie a fost descoperirea apei pe Marte. Aceasta a generat imediat zeci de ipoteze despre existența sau absența vieții pe planetă, despre posibilitatea relocării pământului pe Marte și așa mai departe.

O altă descoperire a fost că oamenii de știință au stabilit limitele de vârstă în care o persoană poate fi confortabil și fără consecințe grave în spațiu. Această vârstă începe de la 45 de ani și se termină cu aproximativ 55-60 de ani. Tinerii care intră în spațiu suferă foarte rău psihologic și fiziologic când se întorc pe Pământ, sunt greu adaptați și reconstruiți.

Apa a fost găsită și pe Lună (2009). Mercur și o cantitate mare de argint au fost găsite și pe satelitul Pământului.

Metode de studii biologice, precum și de inginerie și indicatori fizici permit să se concluzioneze că în condiții de siguranță de siguranță (cel puțin, nu mai mult rău, decât pe Pământ) impactul radiațiilor ionice și a radiațiilor în spațiu.

Cercetarea științifică a demonstrat că o lungă ședere în spațiu nu afectează sănătatea fizică a astronauților. Cu toate acestea, problemele rămân psihologice.

Studiile au fost efectuate pentru a dovedi că plantele superioare reacționează diferit la a fi în spațiu. Semințele unor plante în timpul studiului nu au evidențiat modificări genetice. Altele, dimpotrivă, au prezentat deformări evidente la nivel molecular.

Experimentele efectuate asupra celulelor și țesuturilor organismelor vii (mamifere) au demonstrat că cosmosul nu afectează starea normală și funcționarea acestor organe.

Diferite tipuri de cercetare medicala (tomografie, RMN, de sânge și urină, ECG, scanare CT, și așa mai departe) au dus la concluzia că fiziologice, biochimice, morfologice ale celulelor umane rămân neschimbate atunci când stați în spațiu de până la 86 de zile.

În laborator, a fost reconstruit un sistem artificial care a făcut posibilă apropierea de starea de lipsă de greutate și, astfel, studierea tuturor aspectelor efectului acestei condiții asupra corpului. Acest lucru a permis, la rândul său, dezvoltarea unor măsuri preventive pentru a preveni impactul acestui factor asupra zborului uman în lipsa de greutate.

Rezultatele exobiologiei au fost date care arată prezența sistemelor organice în afara biosferei Pământului. Până în prezent, numai formularea teoretică a acestor ipoteze a devenit posibilă, dar în curând oamenii de știință intenționează să obțină și dovezi practice.

Datorită cercetărilor efectuate de biologi, fizicieni, medici, ecologiști și chimisti, s-au descoperit mecanisme profunde de influență a oamenilor asupra biosferei. A fost posibil să se realizeze acest lucru prin crearea unor ecosisteme artificiale în afara planetei și aducându-le același impact ca și pe Pământ.

Acestea nu sunt toate realizările biologiei spațiale, cosmologiei și medicinei până în prezent, ci doar cele principale. Există un mare potențial, a cărui realizare este sarcina științelor listate pentru viitor.

Viața în spațiu

Potrivit ideilor moderne, viața în spațiu poate exista, deoarece descoperirile recente confirmă prezența pe anumite planete a unor condiții adecvate pentru apariția și dezvoltarea vieții. Cu toate acestea, opiniile oamenilor de știință în această problemă se încadrează în două categorii:

• viața nu este nicăieri, cu excepția Pământului, nu a existat și nu va mai fi niciodată;
• viața este în marile expansiuni ale spațiului cosmic, dar oamenii nu l-au descoperit încă.

Care dintre ipoteze este cea corectă - să decidem pentru fiecare personal. Există destule dovezi și refutări pentru unul și pentru celălalt.