Svemirska biologija. Suvremene metode bioloških istraživanja

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 05:28

Znanost o biologiji uključuje mnogo različitih odjeljaka, velikih i malih dječjih znanosti. I svaki od njih važan je ne samo u ljudskom životu, već i za planet u cjelini.

Drugo stoljeće zaredom ljudi pokušavaju proučavati ne samo zemaljsku raznolikost života u svim njegovim manifestacijama, već i otkriti postoji li život izvan planeta, u svemiru. Tim se pitanjima bavi posebna znanost - svemirska biologija. O tome će se raspravljati u našoj recenziji.

Sekcija za biologiju - Svemirska biologija

Ova znanost je relativno mlada, ali se vrlo intenzivno razvija. Glavni aspekti učenja su:

1. Čimbenici svemira i njihov utjecaj na organizme živih bića, vitalnu aktivnost svih živih sustava u svemiru ili zrakoplovu.
2. Razvoj života na našem planetu uz sudjelovanje svemira, evolucija živih sustava i vjerojatnost postojanja biomase izvan našeg planeta.
3. Mogućnosti izgradnje zatvorenih sustava i stvaranja stvarnih životnih uvjeta u njima za ugodan boravakrazvoj i rast organizama u svemiru.

Svemirska medicina i biologija usko su povezane znanosti koje zajednički proučavaju fiziološko stanje živih bića u svemiru, njihovu rasprostranjenost u međuplanetarnim prostorima i evoluciju.

Zahvaljujući istraživanjima ovih znanosti postalo je moguće odabrati optimalne uvjete za pronalaženje ljudi u svemiru, i to bez nanošenja štete zdravlju. Prikupljen je ogroman materijal o prisutnosti života u svemiru, sposobnosti biljaka i životinja (jednostaničnih, višestaničnih) da žive i razvijaju se u bestežinskom stanju.

Povijest razvoja znanosti

Korijeni svemirske biologije sežu u davna vremena, kada su filozofi i mislioci - prirodoslovci Aristotel, Heraklit, Platon i drugi - promatrali zvjezdano nebo, pokušavajući identificirati odnos Mjeseca i Sunca sa Zemljom, razumjeti razloge njihovog utjecaja na poljoprivredno zemljište i životinje.

Kasnije, u srednjem vijeku, počeli su pokušaji da se odredi oblik Zemlje i objasni njena rotacija. Dugo je vremena postojala teorija koju je stvorio Ptolemej. Govorila je o tome da je Zemlja središte svemira, a svi ostali planeti i nebeska tijela kreću se oko njega (geocentrični sustav).

Međutim, postojao je još jedan znanstvenik, Poljak Nikola Kopernik, koji je dokazao zabludu ovih tvrdnji i predložio svoj vlastiti, heliocentrični sustav strukture svijeta: u središtu je Sunce, a svi se planeti kreću okolo. Sunce je također zvijezda. Njegove stavove podržavali su Giordanovi sljedbeniciBruno, Newton, Kepler, Galileo.

Međutim, svemirska biologija kao znanost pojavila se mnogo kasnije. Tek u 20. stoljeću ruski znanstvenik Konstantin Eduardovič Ciolkovski razvio je sustav koji omogućuje ljudima da prodiru u dubine svemira i polako ih proučavaju. S pravom se smatra ocem ove znanosti. Također, otkrića u fizici i astrofizici, kvantnoj kemiji i mehanici Einsteina, Bohra, Plancka, Landaua, Fermija, Kapitze, Bogolyubova i drugih odigrala su veliku ulogu u razvoju kozmobiologije.

Nova znanstvena istraživanja, koja su ljudima omogućila dugo planirane letove u svemir, omogućila su identificiranje specifičnih medicinskih i bioloških opravdanja za sigurnost i utjecaj izvanzemaljskih uvjeta koje je formulirao Tsiolkovsky. Koja je bila njihova bit?

1. Znanstvenici su dobili teorijsko opravdanje za učinak bestežinskog stanja na organizme sisavaca.
2. Modelirao je nekoliko varijacija prostornih uvjeta u laboratoriju.
3. Predložene opcije za astronaute za dobivanje hrane i vode uz pomoć biljaka i kruženja tvari.

Tako je Tsiolkovsky postavio sve osnovne postulate astronautike, koji danas nisu izgubili na važnosti.

Betežinsko stanje

Suvremena biološka istraživanja u području proučavanja utjecaja dinamičkih čimbenika na ljudsko tijelo u svemiru omogućuju astronautima da se maksimalno oslobode negativnog utjecaja istih tih čimbenika.

Postoje tri glavne dinamičke karakteristike:

• vibracija;
• ubrzanje;
• betežinski.

Najneobičniji i najvažniji učinak na ljudsko tijelo je bestežinsko stanje. To je stanje u kojem sila gravitacije nestaje i ne zamjenjuju je drugi inercijski utjecaji. U tom slučaju osoba potpuno gubi sposobnost kontrole položaja tijela u prostoru. Takvo stanje počinje već u nižim slojevima kozmosa i traje u cijelom njegovom prostoru.

Medicinske i biološke studije pokazale su da se u ljudskom tijelu u bestežinskom stanju događaju sljedeće promjene:

1. Broj otkucaja srca se povećava.
2. Mišići se opuštaju (tonus nestaje).
3. Smanjena izvedba.
4. Moguće prostorne halucinacije.

Osoba u bestežinskom stanju može ostati do 86 dana bez štete po zdravlje. To je empirijski dokazano i potvrđeno s medicinskog stajališta. Međutim, jedan od zadataka svemirske biologije i medicine danas je razviti skup mjera za sprječavanje djelovanja bestežinskog stanja na ljudsko tijelo općenito, uklanjanje umora, povećanje i konsolidaciju normalnih performansi.

Postoji niz uvjeta koje astronauti promatraju kako bi prevladali bestežinsko stanje i zadržali kontrolu nad tijelom:

• dizajn zrakoplova strogo je u skladu s potrebnim sigurnosnim standardima za putnike;
• astronauti su uvijek pažljivo vezani za svoja sjedala kako bi izbjegli nepredviđene letove prema gore;
• sve stavke na brodu su strogofiksno mjesto i ispravno osigurano kako bi se izbjegle ozljede;
• Tekućine se pohranjuju samo u zatvorenim, zatvorenim spremnicima.

Kako bi postigli dobre rezultate u prevladavanju bestežinskog stanja, astronauti prolaze temeljitu obuku na Zemlji. Ali, nažalost, dosadašnja suvremena znanstvena istraživanja ne dopuštaju stvaranje takvih uvjeta u laboratoriju. Na našem planetu nije moguće prevladati silu gravitacije. To je također jedan od budućih izazova za svemir i medicinsku biologiju.

G-sile u svemiru (ubrzanja)

Još jedan važan čimbenik koji utječe na ljudsko tijelo u svemiru je ubrzanje ili preopterećenje. Bit ovih čimbenika svodi se na neravnomjernu preraspodjelu opterećenja na tijelu tijekom snažnih brzih kretanja u prostoru. Postoje dvije glavne vrste ubrzanja:

• kratkoročno;
• dugo.

Kao što pokazuju biomedicinske studije, oba su ubrzanja vrlo važna u utjecaju na fiziološko stanje astronautovog tijela.

Tako, na primjer, pod djelovanjem kratkotrajnih ubrzanja (ona traju manje od 1 sekunde), mogu nastati nepovratne promjene u tijelu na molekularnoj razini. Također, ako organi nisu uvježbani, dovoljno slabi, postoji opasnost od pucanja njihovih membrana. Takvi se utjecaji mogu izvesti tijekom odvajanja kapsule s astronautom u svemiru, tijekom njegovog izbacivanjaili pri slijetanju broda u orbiti.

Stoga je vrlo važno da astronauti prođu temeljit liječnički pregled i određenu tjelesnu obuku prije leta u svemir.

Ubrzanje dugog djelovanja nastaje tijekom lansiranja i slijetanja rakete, kao i tijekom leta na nekim prostornim mjestima u svemiru. Učinak takvih ubrzanja na tijelo, prema podacima dobivenim znanstvenim medicinskim istraživanjima, je sljedeći:

• otkucaji srca i puls se ubrzavaju;
• disanje se ubrzava;
• pojavljuje se mučnina i slabost, blijeda koža;
• vid pati, crveni ili crni film se pojavljuje pred očima;
• mogu osjetiti bolove u zglobovima, udovima;
• tonus mišićnog tkiva pada;
• promjene neuromoralne regulacije;
• razmjena plinova u plućima i tijelu u cjelini postaje drugačija;
• može uzrokovati znojenje.

G-sile i bestežinsko stanje tjeraju medicinske znanstvenike da smisle različite načine. omogućujući prilagodbu, trenirati astronaute tako da mogu izdržati djelovanje ovih čimbenika bez zdravstvenih posljedica i bez gubitka učinkovitosti.

Jedan od najučinkovitijih načina treniranja astronauta za ubrzanje je centrifugiranje. U njemu možete promatrati sve promjene koje se događaju u tijelu pod djelovanjem preopterećenja. Također vam omogućuje da trenirate i prilagodite se utjecaju ovog faktora.

Svemirski let i medicina

Svemirski letovi zasigurno imaju jako velik utjecaj na zdravlje ljudi, posebno onih koji nisu obučeni ili imaju kronične bolesti. Stoga je važan aspekt medicinsko istraživanje svih suptilnosti leta, svih reakcija tijela na najrazličitije i nevjerojatne učinke izvanzemaljskih sila.

Letenje u bestežinskom stanju tjera modernu medicinu i biologiju da izmisle i formuliraju (istodobno implementiraju, naravno) niz mjera kojima će astronautima osigurati normalnu prehranu, odmor, opskrbu kisikom, radnu sposobnost i tako dalje.

Usto, medicina je osmišljena da pruži kozmonautima pristojnu pomoć u slučaju nepredviđenih, izvanrednih situacija, kao i zaštitu od djelovanja nepoznatih sila drugih planeta i prostora. Prilično je teško, zahtijeva puno vremena i truda, veliku teoretsku bazu, korištenje samo najnovije moderne opreme i lijekova.

Osim toga, medicina, uz fiziku i biologiju, ima zadatak zaštititi astronaute od fizičkih čimbenika svemirskih uvjeta, kao što su:

• temperatura;
• zračenje;
• pritisak;
• meteoriti.

Stoga je proučavanje svih ovih čimbenika i značajki vrlo važno.

Metode istraživanja u biologiji

Svemirska biologija, kao i svaka druga biološka znanost, ima određeni skup metoda koje omogućuju provođenje istraživanja, prikupljanje teorijskog materijala i potvrđivanje praktičnim zaključcima. Ove metode tijekom vremenaostaju nepromijenjeni, ažuriraju se i moderniziraju u skladu s trenutnim vremenom. Međutim, povijesno utemeljene metode biologije i dalje su relevantne do danas. To uključuje:

1. Promatranje.
2. Eksperiment.
3. Povijesna analiza.
4. Opis.
5. Usporedba.

Ove metode biološkog istraživanja su osnovne, relevantne u svakom trenutku. No, postoji niz drugih koji su nastali razvojem znanosti i tehnologije, elektroničke fizike i molekularne biologije. Nazivaju se modernim i igraju najveću ulogu u proučavanju svih biološko-kemijskih, medicinskih i fizioloških procesa.

Moderne metode

1. Metode genetskog inženjeringa i bioinformatike. To uključuje agrobakterijsku i balističku transformaciju, PCR (lančane reakcije polimeraze). Uloga bioloških istraživanja ove vrste je velika, jer upravo ona omogućuju pronalaženje mogućnosti za rješavanje problema hranjenja i oksigenacije raketnih bacača i kabina za udobnost astronauta.
2. Metode kemije proteina i histokemije. Omogućite kontrolu proteina i enzima u živim sustavima.
3. Upotreba fluorescentne mikroskopije, mikroskopije super rezolucije.
4. Upotreba molekularne biologije i biokemije i njihovih istraživačkih metoda.
5. Biotelemetrija je metoda koja je rezultat kombinacije rada inženjera i liječnika na biološkoj osnovi. Omogućuje vam kontrolu svih fiziološki važnih funkcija rada.organizam na daljinu pomoću radiokomunikacijskih kanala ljudskog tijela i računalnog snimača. Svemirska biologija koristi ovu metodu kao osnovu za praćenje učinaka svemirskih uvjeta na organizme astronauta.
6. Biološka indikacija međuplanetarnog prostora. Vrlo važna metoda svemirske biologije, koja omogućuje procjenu međuplanetarnih stanja okoliša, dobivanje informacija o karakteristikama različitih planeta. Osnova je ovdje korištenje životinja s ugrađenim senzorima. Eksperimentalne životinje (miševi, psi, majmuni) izvlače informacije iz orbita, koje zemaljski znanstvenici koriste za analizu i zaključke.

Moderne metode biološkog istraživanja omogućuju rješavanje naprednih problema ne samo svemirske biologije, već i univerzalnih.

Problemi svemirske biologije

Sve navedene metode biomedicinskih istraživanja, nažalost, još nisu uspjele riješiti sve probleme svemirske biologije. Brojna su aktualna pitanja koja su i danas hitna. Pogledajmo glavne izazove s kojima se suočava svemirska medicina i biologija.

1. Odabir obučenog osoblja za letove u svemir, čije zdravstveno stanje može zadovoljiti sve zahtjeve liječnika (uključujući dopuštanje astronautima da izdrže rigoroznu obuku i obuku za letove).
2. Pristojan nivo obuke i opskrba svime što je potrebno za radni prostor posade.
3. Osiguravanje sigurnosti u svakom pogledu (uključujući od nepoznatih ili stranih čimbenika utjecajas drugih planeta) radni brodovi i zrakoplovne strukture.
4. Psiho-fiziološka rehabilitacija astronauta po povratku na Zemlju.
5. Razvoj načina zaštite astronauta i svemirskih letjelica od zračenja.
6. Osiguravanje normalnih životnih uvjeta u kabinama tijekom svemirskih letova.
7. Razvoj i primjena napredne računalne tehnologije u svemirskoj medicini.
8. Uvođenje svemirske telemedicine i biotehnologije. Koristeći metode ovih znanosti.
9. Rješenje medicinskih i bioloških problema za udobne letove astronauta na Mars i druge planete.
10. Sinteza farmakoloških sredstava koja će riješiti problem opskrbe kisikom u svemiru.

Razvijene, poboljšane i kompleksne u primjeni metode biomedicinskih istraživanja zasigurno će riješiti sve zadaće i postojeće probleme. Međutim, kada će to biti teško je i prilično nepredvidivo pitanje.

Treba napomenuti da se svim tim pitanjima bave ne samo ruski znanstvenici, već i akademsko vijeće svih zemalja svijeta. A ovo je veliki plus. Uostalom, zajedničko istraživanje i potrage dat će nesrazmjerno veći i brži pozitivan rezultat. Bliska globalna suradnja u rješavanju svemirskih problema ključ je uspjeha u istraživanju izvanzemaljskog prostora.

Moderna dostignuća

Postoji mnogo takvih postignuća. Uostalom, svaki dan se provodi intenzivan rad, temeljit i mukotrpan, što vam omogućuje da pronađete sve više i višematerijala, donositi zaključke i formulirati hipoteze.

Jedno od najvažnijih otkrića 21. stoljeća u kozmologiji bilo je otkriće vode na Marsu. To je odmah dalo povoda za desetke hipoteza o prisutnosti ili odsutnosti života na planetu, o mogućnosti preseljenja zemljana na Mars i tako dalje.

Još jedno otkriće je da su znanstvenici odredili dobne granice unutar kojih čovjek može biti u svemiru što ugodnije i bez ozbiljnijih posljedica. Ova dob počinje od 45 godina i završava oko 55-60 godina. Mladi ljudi koji odlaze u svemir pate izrazito psihički i fiziološki po povratku na Zemlju, teško se prilagođavajući i obnavljajući.

Voda je također otkrivena na Mjesecu (2009.). Merkur i velika količina srebra također su pronađeni na Zemljinom satelitu.

Biološke metode istraživanja, kao i inženjerski i fizikalni pokazatelji, omogućuju nam da pouzdano zaključimo da su učinci ionskog zračenja i izloženosti u svemiru bezopasni (barem ne štetniji nego na Zemlji).

Znanstvene studije su dokazale da dug boravak u svemiru ne utječe na fizičko zdravlje astronauta. Međutim, psihološki problemi ostaju.

Provedene su studije koje dokazuju da više biljke različito reagiraju na boravak u svemiru. Sjeme nekih biljaka u studiji nije pokazalo nikakve genetske promjene. Drugi su, naprotiv, pokazali očite deformacije na molekularnoj razini.

Iskustva,provedena na stanicama i tkivima živih organizama (sisavaca) dokazala je da prostor ne utječe na normalno stanje i funkcioniranje tih organa.

Različite vrste medicinskih studija (tomografija, magnetna rezonanca, testovi krvi i urina, kardiogram, kompjuterizirana tomografija i tako dalje) doveli su do zaključka da fiziološke, biokemijske, morfološke karakteristike ljudskih stanica ostaju nepromijenjene tijekom boravka u svemiru do 86 dana.

U laboratorijskim uvjetima rekreiran je umjetni sustav koji vam omogućuje da se što više približite stanju bestežinskog stanja i tako proučite sve aspekte djelovanja tog stanja na tijelo. To je zauzvrat omogućilo razvoj niza preventivnih mjera za sprječavanje utjecaja ovog čimbenika tijekom ljudskog leta u nultoj gravitaciji.

Rezultati egzobiologije su podaci koji ukazuju na prisutnost organskih sustava izvan Zemljine biosfere. Do sada je bilo moguće samo teorijsko formuliranje ovih pretpostavki, ali uskoro znanstvenici planiraju dobiti i praktične dokaze.

Zahvaljujući istraživanjima biologa, fizičara, liječnika, ekologa i kemičara otkriveni su duboki mehanizmi ljudskog utjecaja na biosferu. To je omogućeno stvaranjem umjetnih ekosustava izvan planeta i vršenjem istog utjecaja na njih kao na Zemlji.

Ovo nisu sva dostignuća svemirske biologije, kozmologije i medicine danas, već samo ona glavna. Potencijala je puno, čija provedba jestzadatak navedenih znanosti za budućnost.

Život u svemiru

Prema modernim idejama, život u svemiru može postojati, jer nedavna otkrića potvrđuju prisutnost na nekim planetima pogodnih uvjeta za nastanak i razvoj života. Međutim, mišljenja znanstvenika o ovom pitanju dijele se u dvije kategorije:

• život nije nigdje osim Zemlje, nikada nije bio i nikada neće biti;
• život postoji u ogromnim prostranstvima svemira, ali ljudi ga još nisu otkrili.

Koja je od hipoteza točna - na svakom je pojedincu da odluči. Dovoljno je dokaza i opovrgavanja i za jedno i za drugo.