Vesoljska biologija. Sodobne metode bioloških raziskav

Biologija znanosti vključuje veliko različnih oddelkov, velikih in majhnih pomožnih znanosti. In vsak od njih je pomemben ne le v človeškem življenju, temveč tudi za ves planet kot celoto.

Že drugo stoletje zapored ljudje poskušajo učiti ne le zemeljsko raznolikost življenja v vseh njegovih manifestacijah, ampak tudi ugotoviti, ali obstaja življenje zunaj planeta, v vesolju. Te zadeve obravnava posebna biologija znanosti in vesolja. O njej bomo razpravljali v našem pregledu.

Oddelek biološka znanost - vesoljska biologija

Ta znanost je relativno mlada, a se zelo intenzivno razvija. Glavni vidiki študije so:

1. Dejavniki vesolja in njihov vpliv na organizme živih bitij, vitalna aktivnost vseh živih sistemov v razmerah v prostoru ali letalu.
2. Razvoj življenja na našem planetu s sodelovanjem prostora, razvojem živih sistemov in verjetnostjo obstoja biomase, ki presega meje našega planeta.
3. Možnosti gradnje zaprtih sistemov in ustvarjanje v njih stvarnih življenjskih pogojev za udoben razvoj in rast organizmov v vesolju.

Vesoljska medicina in biologija sta tesno povezana znanost, ki skupaj proučujejo fiziološko stanje živih bitij v vesolju, njihovo razširjenost v medplanetarnih prostorih in evolucijo.

Zahvaljujoč raziskavam teh ved je bilo mogoče izbrati optimalne pogoje za iskanje ljudi v vesolju, ne da bi pri tem škodovali zdravju. Zgornjo gradivo je zbrano o obstoju življenja v vesolju, o možnostih rastlin in živali (enocelične, večcelične), da živijo in se razvijajo v breztežnosti.

Zgodovina razvoja znanosti

Korenine vesoljska biologija sega do antičnih časov, ko so filozofi in misleci - Aristotel naravoslovci, Heraklit, Platon, in drugi - opazovanje zvezd, ki poskušajo ugotoviti odnos Lune in Sonca na Zemljo, da razumejo vzroke za njihov vpliv na kmetijska zemljišča in živali.

Kasneje, v srednjem veku, so poskusi začeli določati obliko Zemlje in pojasniti njeno rotacijo. Dolgo časa na sluh je bila teorija, ki jo je ustvaril Ptolemy. Rekla je, da je Zemlja središče vesolja, in vsi drugi planeti in nebesni telesi se premikajo po njem (geocentrični sistem).

Vendar pa je bil še en znanstvenik, Poljak Nikolaj Kopernik, ki je dokazal zmoto teh terjatev in ponudil, heliocentrični strukturo svetovnega sistema v centru - sonce in vsi planeti gibati. Sonce je tudi zvezda. Njegove poglede so podprli privrženci Giordana Brunoa, Newtona, Keplera, Galilea.

Vendar se vesoljska biologija kot znanost pojavila veliko kasneje. Samo v ruski znanstvenik v XX stoletju Konstantin Ciolkovskega razvili sistem, ki ljudem omogoča, da prodre v globine prostora in jih učijo počasi. On se upravičeno šteje za očeta te znanosti. Prav tako je velika vloga pri razvoju cosmobiology igral odkritja v fiziki in astrofiziki, kemije in kvantne mehanike, Einstein, Bohr, Planck, Landau Fermi, Kapitsa, Bogolyubov in drugi.

Nova raziskava, ki omogoča ljudem, da bi enako dolgo načrtovane odhode v prostoru, mogoče opredeliti posebne medicinske in biološke varnosti upravičenost in vpliv izven planeta na pogoje, ki jih Ciolkovskega oblikovala. Kakšno je bilo njihovo bistvo?

1. Znanstveniki so dobili teoretično utemeljitev učinka breztežnosti na sesalske organizme.
2. Modeliral je več možnosti za ustvarjanje prostorskih pogojev v laboratoriju.
3. Predlagal je variante sprejemanja hrane in vode s strani kozmonavtov s pomočjo rastlin in cikla snovi.

Tako je bil Tsiolkovsky, ki je postavil vse osnovne postulate astronavtika, ki danes niso izgubili pomembnosti.

Breztežnost

Sodobne biološke raziskave pri proučevanju vpliva dinamičnih dejavnikov na človeško telo v vesoljskih pogojih omogočajo čim večje reševanje astronavtov od negativnega vpliva teh dejavnikov.

Obstajajo tri glavne dinamične značilnosti:

• vibracije;
• pospešek;
• breztežnost.

Najbolj nenavadna in pomembna za delovanje na človeškem telesu je ravno breztežnost. To je stanje, v katerem gravitacijska sila izgine in ni nadomeščena z drugimi inertnimi vplivi. Tako oseba popolnoma izgubi sposobnost nadzora nad položajem telesa v vesolju. To stanje se začne že v spodnjih plasteh kozmosa in je ohranjeno skozi ves prostor.

Medico-biološke študije so pokazale, da se v stanju breztežnosti v človeškem telesu pojavijo naslednje spremembe:

1. Srčne palpitacije se povečujejo.
2. Sprostite mišice (ton izgine).
3. Zmanjšana učinkovitost.
4. Možne prostorske halucinacije.

Oseba v breztežnosti lahko ostane do 86 dni brez škode za zdravje. To dokazujejo izkušnje in je bilo z zdravstvenega vidika potrjeno. Vendar pa je eden od problemov prostora biologije in medicine danes je razvoj kompleksa za preprečevanje učinkov breztežnosti na človeško telo v splošnih ukrepov, odpravi utrujenost, povečanje in ohranjanje normalnega delovanja.

Obstajajo številni pogoji, ki jih kozmonauti opazujejo, da premagajo težo in ohranijo nadzor nad telesom:

• Načrtovanje zrakoplova strogo ustreza potrebnim varnostnim standardom za potnike;
• kozmonauti se vedno previdno pritrdijo na svoje sedeže, da bi se izognili nepredvidenim letom navzgor;
• vsi predmeti na ladji imajo strogo določen prostor in so ustrezno zavarovani, da bi se izognili travmatičnim situacijam;
• Tekočine se hranijo samo v zaprtih, hermetično zaprtih posodah.

  

Da bi dosegli dobre rezultate pri premagovanju neuravnoteženosti, se vesoljci na zemlji temeljito usposabljajo. Ampak, na žalost, medtem ko je moderna znanstvene raziskave Ne dovolite ustvarjanja podobnih pogojev v laboratoriju. Na našem planetu za premagovanje gravitacije ni mogoče. To je tudi ena od prihodnjih nalog za vesoljsko in medicinsko biologijo.

Preobremenitev v prostoru (pospešek)

Drug pomemben dejavnik, ki vpliva na človeško telo v vesolju, je pospešek ali preobremenitev. Bistvo teh dejavnikov je zmanjšano na neenakomerno porazdelitev obremenitve na telo z močnimi premiki v prostoru. Obstajata dve glavni vrsti pospeševanja:

• kratkoročno;
• trajne.

Kot kažejo medicinske in biološke raziskave, je tako pospeševanje zelo pomembno pri vplivanju na fiziološko stanje telesa astronavte.

Torej, na primer, pod vplivom kratkotrajnih pospeškov (trajajo manj kot 1 sekundo), lahko pride do nepovratnih sprememb v organizmu na molekularni ravni. Tudi, če organi niso usposobljeni, so dovolj šibki, obstaja nevarnost, da bi raztrgali njihove lupine. Takšni vplivi se lahko izvedejo, ko je kapsula ločena od vesolja v vesolju, ko se izžene ali ko ladja pristane v orbiti.

Zato je zelo pomembno, da vesoljci opravijo temeljit zdravniški pregled in določen fizični pripravek pred letenjem v vesolje.

Dolgotrajni pospešek se pojavi, ko se izstreljuje in iztovarja projektil ter med letom na določenih prostorskih lokacijah kozmosa. Učinek takšnih pospeškov na telo v skladu s podatki, ki jih nudijo znanstvene medicinske raziskave, je naslednji:

• palpitacijo in pulzom;
• hitrejše dihanje;
• videza navzee in šibkosti, bledo kože;
• utrujenost, pred vašimi očmi se pojavi rdeča ali črna folija;
• morda občutek bolečine v sklepih, okončinah;
• ton mišičnega tkiva pade;
• nevrohumorska regulacija se razlikuje;
• izmenjava plinov v pljučih in v telesu kot celoti postane drugačna;
• morebiti videz potenja.

Preobremenjenost in neuravnoteženost povzročata, da znanstveniki s področja zdravstva pridejo na različne načine. ki se lahko prilagajajo, usposabljajo kozmonavtike, da lahko prenesejo delovanje teh dejavnikov brez zdravstvenih posledic in brez izgube učinkovitosti.

Eden od najučinkovitejših načinov za usposabljanje kozmonavtov za pospeševanje je aparat za centrifuge. V njej lahko opazujete vse spremembe, ki se pojavijo v telesu pod preobremenitvami. Prav tako vam omogoča usposabljanje in prilagajanje vplivu tega faktorja.

Letenje v vesolje in medicino

Letenje v vesolje ima gotovo zelo velik vpliv na zdravje ljudi, še posebej brez izkušenj ali kroničnih bolezni. Zato je pomemben vidik medicinske raziskave vseh plodov letenja, vseh reakcij telesa do najrazličnejših in neverjetnih učinkov ne-planetnih sil.

Zero-G Flight omogoča sodobne medicine in biologije, da izumiti in artikulirati (ob istem času za izvedbo, seveda), niz ukrepov za zagotavljanje astronavte pravilna prehrana, počitek, za oskrbo s kisikom, ohranjajo učinkovitost in tako naprej.

Poleg tega je zdravilo namenjeno zagotavljanju astronavtov z dragoceno pomočjo v primeru nepredvidenih izrednih razmer ter zaščite pred učinki neznanega sila drugih planetov in prostorov. To je precej težavno, traja veliko časa in truda, velika teoretična podlaga, ki uporablja samo najnovejšo sodobno opremo in priprave.

Poleg tega ima medicina skupaj s fiziko in biologijo nalogo zaščite astronavtov pred fizičnimi dejavniki prostora, kot so:

• temperatura;
• sevanja;
• tlak;
• meteoriti.

Zato je študija vseh teh dejavnikov in značilnosti zelo pomembna.

Raziskovalne metode v biologiji

Kozmična biologija, kot vsaka druga biološka znanost, ima določen nabor metod, ki omogočajo raziskovanje, kopičijo teoretični material in ga s praktičnimi sklepi potrdijo. Te metode sčasoma ne ostanejo nespremenjene, ob upoštevanju posodobitev in nadgradenj v skladu s trenutnim časom. Vendar pa zgodovinsko razvite metode biologije še vedno veljajo za danes. Te vključujejo:

1. Opazovanje.
2. Poskusi.
3. Zgodovinska analiza.
4. Opis.
5. Primerjava.

Te metode bioloških raziskav so osnovne, pomembne kadarkoli. Toda obstajajo številne druge, ki so nastale z razvojem znanosti in tehnologije, elektronske fizike in molekularne biologije. Imenovani so moderni in igrajo najpomembnejšo vlogo pri proučevanju vseh bioloških, kemijskih, medicinskih in fizioloških procesov.

Sodobne metode

1. Metode genskega inženiringa in bioinformatike. To vključuje agrobakterijsko in balistično transformacijo, PCR (reakcije polimerazne verige). Vloga bioloških študij takega načrta je odlična, saj nam omogočajo, da najdemo rešitve problema prehranjevanja in zasičenosti s kisikom raketni sistemi in kabine za udobno stanje kozmonavtov.
2. Metode proteinske kemije in histokemije. Omogoča nadzor beljakovin in encimov v živih sistemih.
3. Uporaba fluorescenčne mikroskopije, mikroskopija superresolucije.
4. Uporaba molekularne biologije in biokemije in njihove raziskovalne metode.
5. Biotelemetrija - metodo, ki je rezultat kombinacije dela inženirjev in zdravnikov na biološki podlagi. Omogoča vam spremljanje vseh fiziološko pomembnih funkcij telesa na daljavo s pomočjo radijskih komunikacijskih kanalov človeškega telesa in računalniškega registra. Vesoljska biologija uporablja to metodo kot glavno metodo za sledenje vplivom vesoljskih pogojev na organizme astronavtov.
6. Biološka indikacija medplanetarnega prostora. Zelo pomemben način vesoljske biologije, ki omogoča, da oceni stanje medplanetarne, pridobiti informacije o značilnostih različnih planetov. Temeljna podlaga je uporaba živali z vgrajenimi senzorji. Točno eksperimentalne živali (miši, psi, opice) pridobivajo informacije od orbit, ki jih uporabljajo znanstveniki zemlje za analizo in zaključke.

Sodobni načini bioloških raziskav omogočajo reševanje naprednih problemov ne samo kozmične biologije, ampak tudi univerzalne.

Težave v vesoljski biologiji

Vse zgoraj omenjene metode biomedicinskih raziskav na žalost še niso uspele rešiti vseh problemov vesoljske biologije. Obstajajo številna aktualna vprašanja, ki ostajajo nujna do danes. Razmislimo o glavnih problemih s področja medicine vesolja in biologije.

1. Izbor usposobljenega osebja za polet v vesolje, zdravstveno stanje, da bi lahko zadovoljili vse zahteve zdravnikov (vključno bi omogočilo astronavti, da vzdržijo težko usposabljanje in usposabljanje za letenje).
2. Primerna raven usposabljanja in oskrbe vseh potrebnih vesoljskih posadk.
3. Zagotavljanje varnosti v vseh pogledih (vključno z neznanimi ali tujimi vplivi drugih planetov) na delavske ladje in strukture zrakoplovov.
4. Psihofiziološka rehabilitacija kozmonavtov po njihovem vrnitvi na Zemljo.
5. Razvoj načinov za zaščito astronavtov in vesoljske ladje od sevanja.
6. Zagotavljanje normalnih življenjskih pogojev v kabinah med leti v vesolje.
7. Razvoj in uporaba moderniziranih računalniških tehnologij v vesoljski medicini.
8. Izvajanje vesoljske telemedicine in biotehnologije. Uporaba metod teh ved.
9. Rešitev medicinskih in bioloških težav za udobne lete astronautov na Mars in druge planete.
10. Sinteza farmakoloških dejavnikov, ki bodo rešili problem oksigenacije v vesolju.

Razvite, izboljšane in vključene v uporabo metod medicinskih in bioloških raziskav bodo nujno rešile vse naloge in probleme, ki so bili določeni. Vendar, ko se to zgodi - vprašanje je zapleteno in precej nepredvidljivo.

Treba je opozoriti, da se pri reševanju vseh teh vprašanj ne ukvarjajo le znanstveniki iz Rusije, ampak tudi akademski svet vseh držav. In to je velik plus. Navsezadnje bodo skupne raziskave in raziskave dali nesorazmerno večji in hitrejši pozitivni rezultat. Tesno globalno sodelovanje pri reševanju vesoljskih problemov je ključ do uspeha pri razvoju ne-planetarnega prostora.

Sodobni dosežki

Takšni dosežki so številni. Navsezadnje je vsakodnevno intenzivno delo opravljeno, temeljito in skrbno, kar vam omogoča, da najdete vedno več novih materialov, sklepate in oblikujete hipoteze.

Eno najpomembnejših odkritij 21. stoletja v kozmologiji je bilo odkrivanje vode na Marsu. To je takoj pripeljalo do desetih hipotez o obstoju ali odsotnosti življenja na planetu, možnosti selitve zemelj na Mars in tako naprej.

Drugo odkritje je bilo, da so znanstveniki določili starostne meje, v katerih lahko oseba udobno in brez resnih posledic v vesolju. Ta starost se začne od 45 let in konča približno 55-60 let. Mladi, ki gredo v vesolje, se psihično in fiziološko zelo slabo srečujejo, ko se vrnejo na Zemljo, so težko prilagojeni in obnovljeni.

Voda je bila najdena tudi na Luni (2009). Na zemeljskem satelitu so našli tudi živo srebro in veliko srebra.

Metode bioloških študij, kakor tudi inženiring in fizični kazalci omogočajo varno sklepati, da je varnost (vsaj ne več škode, kot na Zemlji) vpliv ionskega sevanja in sevanja v vesolju.

Znanstvene raziskave so pokazale, da dolgotrajno bivanje v vesolju ne vpliva na telesno zdravje astronavtov. Vendar problemi ostajajo psihološki.

Izvedene so bile študije, ki dokazujejo, da višje rastline reagirajo drugače, da so v vesolju. Semena nekaterih rastlin med študijo niso pokazala genetskih sprememb. Druga, nasprotno, je pokazala očitne deformacije na molekularni ravni.

Preizkusi na celicah in tkivih živih organizmov (sesalcev) so dokazali, da kozmos ne vpliva na normalno stanje in delovanje teh organov.

Različne vrste medicinske raziskave (testov slikanja, MRI, krvi in ​​urina, EKG, CT, in tako naprej) privedla do sklepa, da je fiziološki, biokemični, morfološke značilnosti človeške celice ostanejo nespremenjene, če boste ostali v prostoru do 86 dni.

V laboratoriju je bil rekonstruiran umetni sistem, ki je omogočil, da se približajo stanju breztežnosti in s tem preučijo vse vidike učinka tega stanja na telo. To je nato omogočilo razvoj številnih preventivnih ukrepov za preprečevanje vpliva tega dejavnika pri človekovem letu v breztežnosti.

Rezultati eksobiologije so bili podatki, ki kažejo na prisotnost organskih sistemov zunaj Zemeljske biosfere. Do zdaj je mogoča samo teoretična formulacija teh predpostavk, toda kmalu znanstveniki nameravajo pridobiti praktične dokaze.

Zahvaljujoč raziskavam biologov, fizikov, zdravnikov, ekologov in kemikov so odkrili globoke mehanizme vpliva ljudi na biosfero. To je bilo mogoče doseči z ustvarjanjem umetnih ekosistemov zunaj planeta in jim omogočiti enak učinek kot na Zemlji.

To niso vsi dosedanji dosežki vesoljske biologije, kozmologije in medicine, temveč le glavne. Obstaja velik potencial, katerega realizacija je naloga naštetih znanosti za prihodnost.

Življenje v vesolju

Glede na sodobne ideje lahko življenje v vesolju obstaja, saj nedavna odkritja potrjujejo prisotnost na nekaterih planetih primernih pogojev za nastanek in razvoj življenja. Mnenja znanstvenikov v tej zadevi pa spadajo v dve kategoriji:

• življenje ni nikjer, razen Zemlje, nikoli ni bilo in nikoli ne bo;
• življenje je v velikih prostorih vesolja, vendar ga ljudje še niso odkrili.

Katera od hipotez je prava izbira - odločiti se za vsakogar osebno. Obstaja dovolj dokazov in ovir za eno in drugo.