Kosmoso biologija. Šiuolaikiniai biologinių tyrimų metodai

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Biologijos mokslas apima daug skirtingų skyrių, didelių ir mažų vaikų mokslų. Ir kiekvienas iš jų yra svarbus ne tik žmogaus gyvenime, bet ir visai planetai.

Antrą šimtmetį iš eilės žmonės bando tyrinėti ne tik žemiškąją gyvybės įvairovę visomis jos apraiškomis, bet ir išsiaiškinti, ar yra gyvybės už planetos ribų, kosmose. Šiuos klausimus sprendžia specialus mokslas – kosmoso biologija. Tai bus aptarta mūsų apžvalgoje.

Biologijos skyrius – Kosmoso biologija

Šis mokslas palyginti jaunas, bet labai intensyviai besivystantis. Pagrindiniai mokymosi aspektai yra šie:

1. Išorinės erdvės veiksniai ir jų įtaka gyvų būtybių organizmams, visų gyvų sistemų gyvybinei veiklai erdvėje ar orlaiviuose.
2. Gyvybės vystymasis mūsų planetoje dalyvaujant kosmosui, gyvųjų sistemų evoliucija ir biomasės egzistavimo už mūsų planetos ribų tikimybė.
3. Uždarų sistemų kūrimo ir realių gyvenimo sąlygų jose sudarymo galimybės patogiaiorganizmų vystymasis ir augimas kosmose.

Kosminė medicina ir biologija yra glaudžiai susiję mokslai, kurie kartu tiria gyvų būtybių fiziologinę būklę erdvėje, jų paplitimą tarpplanetinėse erdvėse ir evoliuciją.

Šių mokslų tyrimų dėka atsirado galimybė parinkti optimalias sąlygas žmonių paieškai kosmose, ir nedarant žalos sveikatai. Surinkta didžiulė medžiaga apie gyvybės buvimą erdvėje, augalų ir gyvūnų (vienaląsčių, daugialąsčių) gebėjimą gyventi ir vystytis nesvarumo sąlygomis.

Mokslo raidos istorija

Kosmoso biologijos šaknys siekia senovės laikus, kai filosofai ir mąstytojai – gamtos mokslininkai Aristotelis, Herakleitas, Platonas ir kiti – stebėjo žvaigždėtą dangų, bandydami nustatyti Mėnulio ir Saulės ryšį su Žeme., suprasti jų įtakos žemės ūkio paskirties žemei ir gyvūnams priežastis.

Vėliau, viduramžiais, pradėta bandyti nustatyti Žemės formą ir paaiškinti jos sukimąsi. Ilgą laiką egzistavo Ptolemėjo sukurta teorija. Ji kalbėjo apie tai, kad Žemė yra Visatos centras, o aplink ją juda visos kitos planetos ir dangaus kūnai (geocentrinė sistema).

Tačiau buvo kitas mokslininkas, lenkas Nikolajus Kopernikas, kuris įrodė šių teiginių klaidingumą ir pasiūlė savo, heliocentrinę pasaulio sandaros sistemą: centre yra Saulė, o visos planetos juda aplinkui. Saulė taip pat yra žvaigždė. Jo pažiūras palaikė Giordano pasekėjaiBrunonas, Niutonas, Kepleris, Galilėjus.

Tačiau kosmoso biologija kaip mokslas atsirado daug vėliau. Tik XX amžiuje rusų mokslininkas Konstantinas Eduardovičius Ciolkovskis sukūrė sistemą, leidžiančią žmonėms prasiskverbti į kosmoso gelmes ir lėtai jas tyrinėti. Jis pagrįstai laikomas šio mokslo tėvu. Be to, Einšteino, Bohro, Plancko, Landau, Fermio, Kapitzos, Bogolyubovo ir kitų atradimai fizikos ir astrofizikos, kvantinės chemijos ir mechanikos srityse suvaidino svarbų vaidmenį plėtojant kosmobiologiją.

Nauji moksliniai tyrimai, leidę žmonėms atlikti ilgai planuotus skrydžius į kosmosą, leido nustatyti konkrečius medicininius ir biologinius nežemiškų sąlygų saugumo ir poveikio pagrindimus, kuriuos suformulavo Tsiolkovskis. Kokia buvo jų esmė?

1. Mokslininkams buvo pateiktas teorinis nesvarumo poveikio žinduolių organizmams pagrindimas.
2. Laboratorijoje jis sumodeliavo keletą erdvės sąlygų variantų.
3. Siūlomos galimybės astronautams gauti maisto ir vandens naudojant augalus ir medžiagų apykaitą.

Taigi Ciolkovskis išdėstė visus pagrindinius astronautikos postulatus, kurie neprarado savo aktualumo ir šiandien.

nesvarumas

Šiuolaikiniai biologiniai tyrimai dinaminių veiksnių įtakos žmogaus organizmui kosmose tyrimo srityje leidžia astronautams maksimaliai atsikratyti neigiamos tų pačių veiksnių įtakos.

Yra trys pagrindinės dinaminės charakteristikos:

• vibracija;
• pagreitis;
• nesvarumas.

Neįprastiausias ir svarbiausias poveikis žmogaus organizmui yra nesvarumas. Tai būsena, kai gravitacijos jėga išnyksta ir jos nepakeičia kitos inercinės įtakos. Tokiu atveju žmogus visiškai praranda galimybę kontroliuoti kūno padėtį erdvėje. Tokia būsena prasideda jau žemesniuose kosmoso sluoksniuose ir išlieka visoje erdvėje.

Medicininiai ir biologiniai tyrimai parodė, kad nesvarumo būsenoje žmogaus kūne vyksta šie pokyčiai:

1. Širdies plakimas padažnėja.
2. Raumenys atsipalaiduoja (tonusas išnyksta).
3. Sumažėjęs našumas.
4. Galimos erdvinės haliucinacijos.

Žmogus nesvarumo būsenoje gali išbūti iki 86 dienų nepadarydamas žalos sveikatai. Tai buvo įrodyta empiriškai ir patvirtinta medicininiu požiūriu. Tačiau vienas iš kosmoso biologijos ir medicinos uždavinių šiandien yra sukurti priemonių rinkinį, kuris padėtų apskritai užkirsti kelią nesvarumo būklei žmogaus organizmui, pašalinti nuovargį, padidinti ir įtvirtinti normalų darbingumą.

Yra keletas sąlygų, kurių astronautai laikosi, kad įveiktų nesvarumą ir išlaikytų kūno kontrolę:

• orlaivio konstrukcija griežtai atitinka būtinus keleivių saugos standartus;
• astronautai visada yra kruopščiai prisegti savo sėdynėse, kad išvengtų nenumatytų skrydžių aukštyn;
• visos prekės laive yra griežtaifiksuota vieta ir tinkamai pritvirtinta, kad būtų išvengta traumų;
• Skysčiai laikomi tik uždaruose, sandariuose induose.

Siekdami gerų rezultatų įveikdami nesvarumą, astronautai Žemėje visapusiškai treniruojasi. Deja, kol kas šiuolaikiniai moksliniai tyrimai neleidžia sukurti tokių sąlygų laboratorijoje. Mūsų planetoje neįmanoma įveikti gravitacijos jėgos. Tai taip pat vienas iš ateities iššūkių kosmoso ir medicinos biologijai.

G jėgos erdvėje (pagreičiai)

Kitas svarbus veiksnys, turintis įtakos žmogaus kūnui erdvėje, yra pagreitis arba perkrova. Šių veiksnių esmė yra sumažinta iki netolygaus kūno apkrovos perskirstymo stiprių didelio greičio judesių erdvėje metu. Yra du pagrindiniai pagreičio tipai:

• trumpalaikis;
• ilgai.

Kaip rodo biomedicininiai tyrimai, abu pagreičiai yra labai svarbūs darant įtaką astronauto kūno fiziologinei būklei.

Taigi, pavyzdžiui, veikiant trumpalaikiams pagreičiams (jie trunka mažiau nei 1 sekundę), organizme gali atsirasti negrįžtamų pakitimų molekuliniu lygmeniu. Taip pat, jei organai netreniruoti, pakankamai nusilpę, gresia jų membranų plyšimas. Tokie poveikiai gali būti atliekami atskiriant kapsulę nuo astronauto erdvėje, jo išmetimo metu.arba išlaipinant laivą į orbitą.

Todėl labai svarbu, kad astronautai, prieš skrisdami į kosmosą, atliktų išsamų medicininį patikrinimą ir tam tikrą fizinį pasirengimą.

Ilgo veikimo pagreitis atsiranda raketos paleidimo ir tūpimo metu, taip pat skrydžio metu kai kuriose erdvinėse erdvės vietose. Tokių pagreičių poveikis organizmui, remiantis mokslinių medicininių tyrimų duomenimis, yra toks:

• širdies plakimas ir pulsas padažnėja;
• paspartėja kvėpavimas;
• pasireiškia pykinimas ir silpnumas, blyški oda;
• pablogėja regėjimas, prieš akis atsiranda raudona arba juoda plėvelė;
• gali jausti sąnarių, galūnių skausmą;
• raumenų audinio tonusas krenta;
• neuromoralinio reguliavimo pokyčiai;
• dujų mainai plaučiuose ir visame kūne pasikeičia;
• gali sukelti prakaitavimą.

G jėgos ir nesvarumas priverčia medicinos mokslininkus sugalvoti įvairių būdų. leidžianti prisitaikyti, apmokyti astronautus, kad jie galėtų atlaikyti šių veiksnių poveikį be pasekmių sveikatai ir neprarandant efektyvumo.

Vienas iš efektyviausių būdų išmokyti astronautus įsibėgėti yra centrifugos aparatas. Būtent jame galite stebėti visus pokyčius, vykstančius organizme veikiant perkrovoms. Tai taip pat leidžia treniruotis ir prisitaikyti prie šio veiksnio įtakos.

Skrydis į kosmosą ir medicina

Skrydžiai į kosmosą tikrai turi labai didelę įtaką žmonių, ypač netreniruotų ar sergančių lėtinėmis ligomis, sveikatai. Todėl svarbus aspektas yra medicininiai visų skrydžio subtilybių, visų organizmo reakcijų į pačius įvairiausius ir neįtikėtinus nežemiškų jėgų poveikius tyrimai.

Skraidymas nesvarumo sąlygomis verčia šiuolaikinę mediciną ir biologiją išrasti ir suformuluoti (tuo pačiu, žinoma, įgyvendinti) priemonių kompleksą, užtikrinantį astronautų normalią mitybą, poilsį, aprūpinimą deguonimi, darbingumą ir pan.

Be to, medicina skirta suteikti kosmonautams padorią pagalbą nenumatytų, avarinių situacijų atveju, taip pat apsaugoti nuo nežinomų kitų planetų ir erdvių jėgų poveikio. Tai gana sunku, reikia daug laiko ir pastangų, didelės teorinės bazės, naudoti tik naujausią modernią įrangą ir vaistus.

Be to, medicina, kartu su fizika ir biologija, turi apsaugoti astronautus nuo fizinių kosmoso veiksnių, tokių kaip:

• temperatūra;
• radiacija;
• slėgis;
• meteoritai.

Todėl visų šių veiksnių ir savybių tyrimas yra labai svarbus.

Tyrimo metodai biologijoje

Kosmoso biologija, kaip ir bet kuris kitas biologijos mokslas, turi tam tikrą metodų rinkinį, leidžiantį atlikti tyrimus, kaupti teorinę medžiagą ir patvirtinti ją praktinėmis išvadomis. Šie metodai laikui bėgantlieka nepakitę, yra atnaujinami ir modernizuojami pagal esamą laiką. Tačiau istoriškai nusistovėję biologijos metodai tebėra aktualūs iki šių dienų. Tai apima:

1. Stebėjimas.
2. Eksperimentas.
3. Istorinė analizė.
4. Aprašymas.
5. Palyginimas.

Šie biologinių tyrimų metodai yra pagrindiniai, aktualūs bet kuriuo metu. Tačiau yra nemažai kitų, atsiradusių plėtojant mokslą ir technologijas, elektroninę fiziką ir molekulinę biologiją. Jie vadinami moderniais ir atlieka didžiausią vaidmenį tiriant visus biologinius-cheminius, medicininius ir fiziologinius procesus.

Šiuolaikiniai metodai

1. Genų inžinerijos ir bioinformatikos metodai. Tai apima agrobakterinę ir balistinę transformaciją, PGR (polimerazės grandinines reakcijas). Tokio pobūdžio biologinių tyrimų vaidmuo yra didelis, nes būtent jie leidžia išspręsti astronautų patogumui skirtų raketų paleidimo įrenginių ir kabinų maitinimo ir prisotinimo deguonimi problemą.
2. B altymų chemijos ir histochemijos metodai. Leidžia kontroliuoti b altymus ir fermentus gyvose sistemose.
3. Naudojama fluorescencinė mikroskopija, didelės skiriamosios gebos mikroskopija.
4. Molekulinės biologijos ir biochemijos bei jų tyrimo metodų panaudojimas.
5. Biotelemetrija – tai metodas, kuris yra biologinio inžinierių ir gydytojų darbo derinio rezultatas. Tai leidžia valdyti visas fiziologiškai svarbias darbo funkcijas.organizmas per atstumą, naudojant žmogaus kūno radijo ryšio kanalus ir kompiuterinį registratorių. Kosmoso biologija naudoja šį metodą kaip pagrindą kosmoso sąlygų poveikiui astronautų organizmams stebėti.
6. Biologinė tarpplanetinės erdvės indikacija. Labai svarbus kosmoso biologijos metodas, leidžiantis įvertinti tarpplanetines aplinkos būsenas, gauti informaciją apie skirtingų planetų ypatybes. Pagrindas čia yra gyvūnų su įmontuotais jutikliais naudojimas. Būtent eksperimentiniai gyvūnai (pelės, šunys, beždžionės) iš orbitų išgauna informaciją, kurią sausumos mokslininkai naudoja analizei ir išvadoms daryti.

Šiuolaikiniai biologinių tyrimų metodai leidžia spręsti pažangias ne tik kosmoso biologijos, bet ir universalias problemas.

Kosmoso biologijos problemos

Visi išvardinti biomedicininių tyrimų metodai, deja, dar nesugebėjo išspręsti visų kosmoso biologijos problemų. Yra keletas aktualių klausimų, kurie išlieka aktualūs iki šiol. Pažvelkime į pagrindinius iššūkius, su kuriais susiduria kosmoso medicina ir biologija.

1. Apmokyto personalo atranka skrydžiams į kosmosą, kurio sveikatos būklė atitiktų visus gydytojų reikalavimus (įskaitant galimybę astronautams atlaikyti griežtą mokymą ir mokymą skrydžiams).
2. Padoraus lygio mokymas ir aprūpinimas viskuo, ko reikia darbo erdvės įguloms.
3. Saugos užtikrinimas visais atžvilgiais (įskaitant nuo nežinomų ar pašalinių įtakos veiksniųiš kitų planetų) dirbančius laivus ir orlaivių konstrukcijas.
4. Psichofiziologinė astronautų reabilitacija grįžus į Žemę.
5. Būdų, kaip apsaugoti astronautus ir erdvėlaivius nuo radiacijos, kūrimas.
6. Užtikrinti normalias gyvenimo sąlygas salonuose skrendant į kosmosą.
7. Pažangių kompiuterinių technologijų kūrimas ir taikymas kosmoso medicinoje.
8. Kosminės telemedicinos ir biotechnologijų pristatymas. Naudojant šių mokslų metodus.
9. Medicininių ir biologinių problemų sprendimas patogiems astronautų skrydžiams į Marsą ir kitas planetas.
10. Farmakologinių medžiagų, kurios išspręs deguonies tiekimo kosmose problemą, sintezė.

Sukurti, patobulinti ir kompleksiškai taikomi biomedicininių tyrimų metodai tikrai išspręs visas užduotis ir esamas problemas. Tačiau kada tai įvyks, yra sunkus ir gana nenuspėjamas klausimas.

Pažymėtina, kad visais šiais klausimais sprendžia ne tik Rusijos mokslininkai, bet ir visų pasaulio šalių Akademinė taryba. Ir tai yra didelis pliusas. Juk bendri tyrimai ir paieškos duos neproporcingai didesnį ir greitesnį teigiamą rezultatą. Glaudus pasaulinis bendradarbiavimas sprendžiant kosmoso problemas yra raktas į sėkmę tyrinėjant nežemišką erdvę.

Šiuolaikiniai pasiekimai

Tokių laimėjimų yra daug. Juk kiekvieną dieną atliekamas intensyvus, kruopštus ir kruopštus darbas, leidžiantis rasti vis daugiaumedžiaga, daryti išvadas ir suformuluoti hipotezes.

Vienas iš svarbiausių XXI amžiaus kosmologijos atradimų buvo vandens atradimas Marse. Tai iš karto sukėlė daugybę hipotezių apie gyvybės buvimą ar nebuvimą planetoje, apie galimybę žemiečių persikelti į Marsą ir pan.

Kitas atradimas buvo tai, kad mokslininkai nustatė amžiaus ribas, per kurias žmogus gali būti erdvėje kuo patogiau ir be rimtų pasekmių. Šis amžius prasideda nuo 45 metų ir baigiasi maždaug 55–60 metų. Į kosmosą keliaujantys jaunuoliai labai psichologiškai ir fiziologiškai kenčia grįžę į Žemę, sunkiai prisitaikydami ir atstatydami.

Vanduo taip pat buvo aptiktas Mėnulyje (2009 m.). Žemės palydove taip pat buvo rastas gyvsidabris ir didelis kiekis sidabro.

Biologinių tyrimų metodai, taip pat inžineriniai ir fizikiniai rodikliai leidžia drąsiai daryti išvadą, kad jonų spinduliuotės ir poveikio erdvėje poveikis yra nekenksmingas (bent jau nekenksmingesnis nei Žemėje).

Moksliniais tyrimais įrodyta, kad ilgas buvimas kosmose neturi įtakos fizinei astronautų sveikatai. Tačiau psichologinių problemų išlieka.

Buvo atlikti tyrimai, įrodantys, kad aukštesni augalai skirtingai reaguoja į buvimą erdvėje. Kai kurių augalų sėklos tyrime neparodė jokių genetinių pakitimų. Kiti, priešingai, rodė akivaizdžias deformacijas molekuliniu lygiu.

Patirtis,gyvų organizmų (žinduolių) ląstelėse ir audiniuose atliktas tyrimas įrodė, kad erdvė neturi įtakos normaliai šių organų būklei ir funkcionavimui.

Įvairių rūšių medicininiai tyrimai (tomografija, MRT, kraujo ir šlapimo tyrimai, kardiograma, kompiuterinė tomografija ir kt.) leido daryti išvadą, kad žmogaus ląstelių fiziologinės, biocheminės, morfologinės savybės būnant erdvėje išlieka nepakitusios. iki 86 dienų.

Laboratorinėmis sąlygomis buvo atkurta dirbtinė sistema, leidžianti kuo labiau priartėti prie nesvarumo būsenos ir taip ištirti visus šios būsenos poveikio organizmui aspektus. Tai savo ruožtu leido sukurti daugybę prevencinių priemonių, kad būtų išvengta šio veiksnio poveikio žmogui skrendant be gravitacijos.

Egzobiologijos rezultatai yra duomenys, rodantys organinių sistemų buvimą už Žemės biosferos ribų. Kol kas tapo įmanoma tik teoriškai suformuluoti šias prielaidas, tačiau netrukus mokslininkai planuoja gauti ir praktinių įrodymų.

Biologų, fizikų, gydytojų, ekologų ir chemikų tyrimų dėka buvo atskleisti gilūs žmogaus poveikio biosferai mechanizmai. Tai buvo įmanoma sukūrus dirbtines ekosistemas už planetos ribų ir darant joms tokią pat įtaką kaip Žemėje.

Tai ne visi šiandieniniai kosmoso biologijos, kosmologijos ir medicinos pasiekimai, o tik pagrindiniai. Yra daug potencialo, kurio įgyvendinimas yraišvardintų mokslų uždavinys ateičiai.

Gyvenimas erdvėje

Pagal šiuolaikines idėjas, gyvybė erdvėje gali egzistuoti, nes naujausi atradimai patvirtina, kad kai kuriose planetose yra tinkamos sąlygos gyvybei atsirasti ir vystytis. Tačiau mokslininkų nuomonės šiuo klausimu skirstomos į dvi kategorijas:

• gyvenimo nėra niekur, išskyrus Žemę, niekada nebuvo ir nebus;
• gyvybė egzistuoja didžiulėse kosmoso erdvėse, bet žmonės jos dar neatrado.

Kuri iš hipotezių yra teisinga – sprendžia kiekvienas. Tiek vienam, tiek kitam yra pakankamai įrodymų ir paneigimo.