Știința biologiei include o mulțime de secțiuni diferite, științe pentru copii mari și mici. Și fiecare dintre ele este important nu numai în viața umană, ci și pentru planeta în ansamblu.
Pentru al doilea secol la rând, oamenii încearcă să studieze nu numai diversitatea terestră 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 știință specială - biologia spațială. Acesta va fi discutat în recenzia noastră.
Secția de biologie - Biologie spațială
Această știință este relativ tânără, dar se dezvoltă foarte intens. Principalele aspecte ale învățării sunt:
- Factorii spațiului cosmic și influența lor asupra organismelor ființelor vii, activitatea vitală a tuturor sistemelor vii din spațiu sau aeronave.
- Dezvoltarea vieții pe planeta noastră cu participarea spațiului, evoluția sistemelor vii și probabilitatea existenței biomasei în afara planetei noastre.
- Posibilitățile de a construi sisteme închise și de a crea condiții reale de viață în ele pentru un confortdezvoltarea și creșterea organismelor în spațiul cosmic.
Medicina spațială și biologia sunt științe strâns legate care studiază împreună starea fiziologică a ființelor vii în spațiu, prevalența lor în spațiile interplanetare și evoluția.
Datorită cercetărilor acestor științe, a devenit posibilă selectarea condițiilor optime pentru găsirea oamenilor în spațiu, și fără a provoca vreun rău sănătății. S-a colectat material imens despre prezența vieții în spațiu, capacitatea plantelor și animalelor (monocelulare, multicelulare) de a trăi și de a se dezvolta în imponderabilitate.
Istoria dezvoltării științei
Rădăcinile biologiei spațiale se întorc din cele mai vechi timpuri, când filozofii și gânditorii - naturii Aristotel, Heraclit, Platon și alții - priveau cerul înstelat, încercând să identifice relația Lunii și Soarelui cu Pământul, pentru a înțelege motivele influenței lor asupra terenurilor agricole și a animalelor.
Mai târziu, în Evul Mediu, au început încercările de a determina forma Pământului și de a explica rotația acestuia. Multă vreme, a existat o teorie creată de Ptolemeu. Ea a vorbit despre faptul că Pământul este centrul Universului și toate celel alte planete și corpuri cerești se mișcă în jurul lui (sistem geocentric).
Totuși, a existat un alt om de știință, polonezul Nicolaus Copernic, care a dovedit eroarea acestor afirmații și a propus propriul său sistem heliocentric al structurii lumii: în centru se află Soarele și toate planetele se mișcă în jur. Soarele este, de asemenea, o stea. Părerile sale au fost susținute de adepții lui GiordanoBruno, Newton, Kepler, Galileo.
Cu toate acestea, biologia spațială ca știință a apărut mult mai târziu. Abia în secolul al XX-lea, omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky a dezvoltat un sistem care permite oamenilor să pătrundă în adâncurile spațiului și să le studieze încet. El este considerat pe drept părintele acestei științe. De asemenea, descoperirile în fizică și astrofizică, chimie cuantică și mecanică de către Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitza, Bogolyubov și alții au jucat un rol important în dezvoltarea cosmobiologiei.
Noile cercetări științifice, care au permis oamenilor să efectueze zboruri planificate îndelung în spațiu, au făcut posibilă identificarea justificărilor medicale și biologice specifice pentru siguranța și impactul condițiilor extraterestre pe care le-a formulat Tsiolkovsky. Care a fost esența lor?
- Oamenii de știință au primit o justificare teoretică pentru efectul imponderabilității asupra organismelor mamifere.
- El a modelat mai multe variații ale condițiilor spațiului în laborator.
- Opțiuni sugerate pentru astronauți pentru a obține hrană și apă cu ajutorul plantelor și prin circulația materiei.
Astfel, Ciolkovski a fost cel care a stabilit toate postulatele de bază ale astronauticii, care nu și-au pierdut actualitatea astăzi.
Imponderabilitate
Cercetarea biologică modernă în domeniul studierii influenței factorilor dinamici asupra corpului uman în spațiu permite astronauților să scape la maximum de influența negativă a acelorași factori.
Există trei caracteristici dinamice principale:
- vibrație;
- accelerare;
- imponderabilitate.
Cel mai neobișnuit și important efect asupra corpului uman este imponderabilitate. Aceasta este o stare în care forța gravitațională dispare și nu este înlocuită de alte influențe inerțiale. În acest caz, o persoană își pierde complet capacitatea de a controla poziția corpului în spațiu. O astfel de stare începe deja în straturile inferioare ale cosmosului și persistă în întreg spațiul său.
Studiile medicale și biologice au arătat că următoarele modificări apar în corpul uman în stare de imponderabilitate:
- Bătăile inimii crește.
- Mușchii se relaxează (tonusul dispare).
- Scădere performanță.
- Halucinații spațiale posibile.
O persoană în imponderabilitate poate rămâne până la 86 de zile fără să afecteze sănătatea. Acest lucru a fost dovedit empiric și confirmat din punct de vedere medical. Cu toate acestea, una dintre sarcinile biologiei și medicinei spațiale de astăzi este de a dezvolta un set de măsuri pentru prevenirea efectului imponderabilitatii asupra corpului uman în general, eliminarea oboselii, creșterea și consolidarea performanței normale.
Există o serie de condiții pe care astronauții le observă pentru a depăși imponderabilitate și pentru a menține controlul asupra corpului:
- designul aeronavei respectă strict standardele de siguranță necesare pentru pasageri;
- astronauții sunt întotdeauna prinși cu grijă de scaune pentru a evita zborurile neprevăzute în sus;
- toate articolele de pe navă sunt strictloc fix și asigurat corespunzător pentru a evita rănirea;
- Lichidele sunt depozitate numai în recipiente închise, sigilate.
Pentru a obține rezultate bune în depășirea imponderabilitatii, astronauții urmează un antrenament complet pe Pământ. Dar, din păcate, până acum cercetarea științifică modernă nu permite crearea unor astfel de condiții în laborator. Pe planeta noastră, nu este posibil să depășim forța gravitației. Este, de asemenea, una dintre provocările viitoare pentru spațiu și biologia medicală.
Forțe G în spațiu (accelerări)
Un alt factor important care afectează corpul uman în spațiu este accelerația sau supraîncărcarea. Esența acestor factori se reduce la o redistribuire neuniformă a sarcinii asupra corpului în timpul mișcărilor puternice de mare viteză în spațiu. Există două tipuri principale de accelerare:
- pe termen scurt;
- lung.
Așa cum arată studiile biomedicale, ambele accelerații sunt foarte importante în influențarea stării fiziologice a corpului astronautului.
Deci, de exemplu, sub acțiunea accelerațiilor de scurtă durată (acestea durează mai puțin de 1 secundă), pot apărea modificări ireversibile în organism la nivel molecular. De asemenea, dacă organele nu sunt antrenate, suficient de slabe, există riscul de rupere a membranelor lor. Astfel de influențe pot fi efectuate în timpul separării capsulei cu astronautul în spațiu, în timpul ejecției acestuia.sau când aterizează o navă pe orbită.
De aceea, este foarte important ca astronauții să fie supuși unui examen medical amănunțit și a unei anumite pregătiri fizice înainte de a zbura în spațiu.
Accelerația cu acțiune lungă are loc în timpul lansării și aterizării unei rachete, precum și în timpul zborului în unele locuri spațiale din spațiu. Efectul unor astfel de accelerari asupra organismului, conform datelor furnizate de cercetarea medicala stiintifica, este urmatorul:
- bătăile inimii și pulsul se accelerează;
- respirația se accelerează;
- există greață și slăbiciune, piele palidă;
- viziunea suferă, o peliculă roșie sau neagră apare în fața ochilor;
- poate simți dureri în articulații, membre;
- scăderea tonusului țesutului muscular;
- modificări ale reglajului neuromoral;
- schimbul de gaze în plămâni și în organism în ansamblu devine diferit;
- poate provoca transpirație.
Forțele G și imponderabilitate îi obligă pe oamenii de știință din domeniul medical să vină cu moduri diferite. permițând adaptarea, antrenamentul astronauților astfel încât aceștia să poată rezista acțiunii acestor factori fără consecințe asupra sănătății și fără pierderea eficienței.
Una dintre cele mai eficiente moduri de a antrena astronauții să accelereze este aparatul de centrifugare. În ea puteți observa toate schimbările care apar în organism sub acțiunea supraîncărcărilor. De asemenea, vă permite să vă antrenați și să vă adaptați la influența acestui factor.
Zbor spațial și medicamente
Zborurile spațiale au cu siguranță un impact foarte mare asupra sănătății oamenilor, în special a celor care nu sunt instruiți sau au boli cronice. Prin urmare, un aspect important este cercetarea medicală a tuturor subtilităților zborului, a tuturor reacțiilor corpului la cele mai diverse și incredibile efecte ale forțelor extraterestre.
Zborul în imponderabilitate obligă medicina și biologia modernă să inventeze și să formuleze (în același timp să pună în aplicare, desigur) un set de măsuri pentru a asigura astronauților o alimentație normală, odihnă, aport de oxigen, capacitate de muncă și așa mai departe.
În plus, medicina este concepută pentru a oferi cosmonauților asistență decentă în caz de situații neprevăzute, de urgență, precum și protecție împotriva efectelor forțelor necunoscute ale altor planete și spații. Este destul de dificil, necesită mult timp și efort, o bază teoretică mare, utilizarea doar a celor mai moderne echipamente și medicamente.
În plus, medicina, împreună cu fizica și biologia, are sarcina de a proteja astronauții de factorii fizici ai condițiilor spațiale, cum ar fi:
- temperatură;
- radiatie;
- presiune;
- meteoriți.
De aceea, studiul tuturor acestor factori și caracteristici este foarte important.
Metode de cercetare în biologie
Biologia spațială, ca orice altă știință biologică, are un anumit set de metode care permit efectuarea cercetărilor, acumularea de material teoretic și confirmarea acestuia cu concluzii practice. Aceste metode de-a lungul timpuluirămân neschimbate, sunt actualizate și modernizate în conformitate cu ora actuală. Cu toate acestea, metodele de biologie stabilite istoric rămân încă relevante până în ziua de azi. Acestea includ:
- Observație.
- Experiment.
- Analiză istorică.
- Descriere.
- Comparație.
Aceste metode de cercetare biologică sunt de bază, relevante în orice moment. Dar există o serie de altele care au apărut odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, fizicii electronice și biologiei moleculare. Ele sunt numite moderne și joacă cel mai mare rol în studiul tuturor proceselor biologico-chimice, medicale și fiziologice.
Metode moderne
- Metode de inginerie genetică și bioinformatică. Aceasta include transformarea agrobacteriană și balistică, PCR (reacții în lanț a polimerazei). Rolul cercetării biologice de acest fel este mare, deoarece acestea fac posibilă găsirea de opțiuni pentru rezolvarea problemei de alimentare și oxigenare a lansatoarelor de rachete și a cabinelor pentru confortul astronauților.
- Metode de chimie a proteinelor și histochimie. Permite controlul proteinelor și enzimelor din sistemele vii.
- Utilizarea microscopiei cu fluorescență, microscopia de super-rezoluție.
- Utilizarea biologiei moleculare și a biochimiei și metodele lor de cercetare.
- Biotelemetria este o metodă care este rezultatul unei combinații a muncii inginerilor și medicilor pe o bază biologică. Vă permite să controlați toate funcțiile importante din punct de vedere fiziologic ale lucrării.organism la distanță folosind canalele de comunicație radio ale corpului uman și un înregistrator de computer. Biologia spațială folosește această metodă ca bază pentru urmărirea efectelor condițiilor spațiale asupra organismelor astronauților.
- Indicație biologică a spațiului interplanetar. O metodă foarte importantă de biologie spațială, care face posibilă evaluarea stărilor interplanetare ale mediului, pentru a obține informații despre caracteristicile diferitelor planete. Baza aici este utilizarea animalelor cu senzori încorporați. Animalele de experiment (șoareci, câini, maimuțe) sunt cele care extrag informații de pe orbite, care sunt folosite de oamenii de știință terestre pentru analize și concluzii.
Metodele moderne de cercetare biologică permit rezolvarea problemelor avansate nu numai de biologie spațială, ci și a celor universale.
Probleme de biologie spațială
Toate metodele enumerate de cercetare biomedicală, din păcate, nu au reușit încă să rezolve toate problemele biologiei spațiale. Există o serie de probleme de actualitate care rămân urgente până în prezent. Să aruncăm o privire la principalele provocări cu care se confruntă medicina și biologia spațială.
- Selectarea personalului instruit pentru zborul spațial, a cărui stare de sănătate ar putea îndeplini toate cerințele medicilor (inclusiv permiterea astronauților să reziste la antrenament și pregătire riguroasă pentru zboruri).
- Nivel decent de pregătire și furnizare de tot ceea ce este necesar pentru echipajele din spațiul de lucru.
- Asigurarea siguranței în toate privințele (inclusiv din cauza factorilor de influență necunoscuți sau străinide pe alte planete) nave de lucru și structuri de aeronave.
- Reabilitarea psiho-fiziologică a astronauților la întoarcerea pe Pământ.
- Dezvoltarea modalităților de a proteja astronauții și navele spațiale de radiații.
- Asigurarea condițiilor normale de viață în cabine în timpul zborurilor spațiale.
- Dezvoltarea și aplicarea tehnologiei computerizate avansate în medicina spațială.
- Introducerea telemedicinei spațiale și a biotehnologiei. Folosind metodele acestor științe.
- Rezolvarea problemelor medicale și biologice pentru zboruri confortabile ale astronauților către Marte și alte planete.
- Sinteza agenților farmacologici care vor rezolva problema alimentării cu oxigen în spațiu.
Metodele dezvoltate, îmbunătățite și complexe în aplicarea cercetării biomedicale vor rezolva cu siguranță toate sarcinile și problemele existente. Cu toate acestea, când va fi aceasta este o întrebare dificilă și destul de imprevizibilă.
Trebuie remarcat că nu numai oamenii de știință ruși, ci și Consiliul Academic din toate țările lumii se ocupă de toate aceste probleme. Și acesta este un mare plus. La urma urmei, cercetările și căutările comune vor da un rezultat pozitiv disproporționat mai mare și mai rapid. Cooperarea globală strânsă în rezolvarea problemelor spațiale este cheia succesului în explorarea spațiului extraterestre.
Realizări moderne
Există multe astfel de realizări. La urma urmei, în fiecare zi se desfășoară o muncă intensă, minuțioasă și minuțioasă, ceea ce vă permite să găsiți din ce în ce mai multemateriale, trage concluzii și formulează ipoteze.
Una dintre cele mai importante descoperiri ale secolului 21 în cosmologie a fost descoperirea apei pe Marte. Acest lucru a dat naștere imediat la zeci de ipoteze despre prezența sau absența vieții pe planetă, despre posibilitatea reinstalării pământenilor pe Marte și așa mai departe.
O altă descoperire a fost că oamenii de știință au determinat limitele de vârstă în care o persoană se poate afla în spațiu cât mai confortabil și fără consecințe grave posibil. Această vârstă începe de la 45 de ani și se termină la aproximativ 55-60 de ani. Tinerii care merg în spațiu suferă extrem de psihologic și fiziologic la întoarcerea pe Pământ, adaptându-se și reconstruindu-se din greu.
Apa a fost descoperită și pe Lună (2009). Mercur și o cantitate mare de argint au fost găsite și pe satelitul Pământului.
Metodele de cercetare biologică, precum și indicatorii de inginerie și fizici, ne permit să concluzionam cu încredere că efectele radiațiilor ionice și ale expunerii în spațiu sunt inofensive (cel puțin nu mai dăunătoare decât pe Pământ).
Studiile științifice au demonstrat că șederea îndelungată în spațiu nu afectează sănătatea fizică a astronauților. Cu toate acestea, problemele psihologice rămân.
Au fost efectuate studii care demonstrează că plantele superioare reacţionează diferit la aflarea în spaţiu. Semințele unor plante din studiu nu au prezentat modificări genetice. Alții, dimpotrivă, au prezentat deformații evidente la nivel molecular.
Experiențe,efectuate pe celulele și țesuturile organismelor vii (mamifere) au demonstrat că spațiul nu afectează starea și funcționarea normală a acestor organe.
Diferitele tipuri de studii medicale (tomografie, RMN, teste de sânge și urină, cardiogramă, tomografie computerizată și așa mai departe) au condus la concluzia că caracteristicile fiziologice, biochimice, morfologice ale celulelor umane rămân neschimbate atunci când stau în spațiu până la 86 de zile.
În condiții de laborator a fost recreat un sistem artificial care îți permite să te apropii cât mai mult de starea de imponderabilitate și să studiezi astfel toate aspectele efectului acestei stări asupra organismului. Aceasta, la rândul său, a făcut posibilă dezvoltarea unui număr de măsuri preventive pentru a preveni impactul acestui factor în timpul unui zbor uman în gravitate zero.
Rezultatele exobiologiei sunt date care indică prezența sistemelor organice în afara biosferei Pământului. Până acum, doar formularea teoretică a acestor ipoteze a devenit posibilă, dar în curând oamenii de știință plănuiesc să obțină și dovezi practice.
Datorită cercetărilor biologilor, fizicienilor, medicilor, ecologiștilor și chimiștilor, au fost dezvăluite mecanismele profunde ale impactului uman asupra biosferei. Acest lucru a fost posibil prin crearea de ecosisteme artificiale în afara planetei și prin exercitarea asupra lor aceeași influență ca pe Pământ.
Aceasta nu sunt toate realizările biologiei spațiale, cosmologiei și medicinei de astăzi, ci doar cele principale. Există mult potențial, a cărui implementare estesarcina științelor enumerate pentru viitor.
Viața în spațiu
Conform ideilor moderne, viața în spațiu poate exista, deoarece descoperirile recente confirmă prezența pe unele planete a condițiilor potrivite pentru apariția și dezvoltarea vieții. Cu toate acestea, opiniile cercetătorilor cu privire la această problemă se împart în două categorii:
- viața nu este nicăieri în afară de Pământ, nu a fost și nu va fi niciodată;
- viața există în vastele întinderi ale spațiului cosmic, dar oamenii nu au descoperit-o încă.
Care dintre ipoteze este corectă - este la latitudinea fiecărui individ să decidă. Există suficiente dovezi și respingeri atât pentru unul cât și pentru celăl alt.
