Космическа биология. Съвременни методи на биологично изследване

Науката за биология включва много различни секции, големи и малки помощни науки. И всеки от тях е важен не само за човешкия живот, но и за цялата планета като цяло.

За втори втори век хората се опитват да научат не само земното разнообразие на живота във всичките си проявления, но и да разберат дали има живот извън планетата, в космоса. Тези въпроси се обработват от специална наука - космическа биология. За това и ще бъдат обсъдени в нашия преглед.

раздел биологична наука - космическа биология

Тази наука е сравнително млада, но много интензивно се развива. Основните аспекти на проучването са:

1. Фактори на космическото пространство и въздействието им върху организмите живи същества, жизнените функции на всички живи системи в пространството или самолет.
2. Развитието на живота на нашата планета с участието на пространството, еволюцията на живите системи и вероятността за съществуване на биомаса извън границите на нашата планета.
3. Възможности за изграждане на затворени системи и създаване в тях на реални условия на живот за удобно развитие и растеж на организмите в космическото пространство.

Космическата медицина и биологията са тясно свързани науки, които съвместно изучават физиологичното състояние на живите същества в космоса, тяхното разпространение в междупланетни пространства и еволюцията.

Благодарение на изследванията на тези науки стана възможно да се изберат оптималните условия за намиране на хора в космоса, без да се причинява вреди на здравето. Изграден е огромен материал за съществуването на живота в космоса, възможностите на растенията и животните (едноклетъчни, многоклетъчни) да живеят и развиват в безтегловност.

История на развитието на науката

Roots космическа биология датира от древни времена, когато философи и мислители - Аристотел природолюбители, Хераклит, Платон и други - които гледат звездите, като се опитва да се определи отношението на Луната и Слънцето към Земята, за да разбере причините за тяхното въздействие върху земеделската земя и животни.

По-късно, през Средновековието, опитите започнаха да определят формата на Земята и да обяснят нейната ротация. Дълго време на слуха е теорията, създадена от Птолемей. Тя каза, че Земята е центъра на Вселената, и всички други планети и небесни тела се движат около него (геоцентрична система).

Но е имало и друг учен, Полярната Николай Коперник, който се оказа заблуда на тези твърдения и предложи му, хелиоцентричната структура на световната система в центъра - на слънцето и всички планети се движат наоколо. Слънцето също е звезда. Неговите възгледи бяха подкрепени от последователите на Джордано Бруно, Нютон, Кеплер, Галилео.

Въпреки това космическата биология като наука се появи много по-късно. Само през XX век руският учен Константин Едуардович Циолковски разработи система, която позволява на хората да проникват в космически дълбини и бавно да ги изучават. Той е основателно смятан за баща на тази наука. Също така голяма роля в cosmobiology за развитие играе открития в областта на физиката и астрофизиката, химията и квантовата механика, Айнщайн, Бор, Планк, Ландау Fermi Капица, Боголюбов и др.

Ново изследване, като позволява на хората да правят същите отдавна планирано отклонения в пространството, е възможно да се определи конкретна медицинска и биологична обосновка на безопасността и въздействието на оф-планета на условията, формулирани от Циолковски. Каква беше същността им?

1. Учените са получили теоретична обосновка за ефекта от безтегловността върху организмите на бозайниците.
2. Той моделира няколко възможности за създаване на пространствени условия в лабораторията.
3. Той предложи варианти за получаване на храна и вода от космонавти с помощта на растения и цикъл от вещества.

По този начин, Циолковски всички основни принципи на космонавтиката са положени, че не са загубили значението си и днес.

безтегловност

Модерните биологични изследвания в изследването на влиянието на динамичните фактори върху човешкото тяло в космическите условия позволяват да се спаси космонавтите колкото е възможно повече от негативното влияние на тези фактори.

Има три основни динамични характеристики:

• вибрации;
• ускорение;
• безтегловност.

Най-необичайната и важна за действието върху човешкото тяло е именно безтегловността. Това е състояние, при което силата на гравитацията изчезва и не се заменя от други инерционни влияния. По този начин човекът напълно губи способността да наблюдава позицията на тялото в космоса. Това състояние започва вече в долните слоеве на космоса и се запазва в цялото му пространство.

Медико-биологичните проучвания показват, че в състоянието на безтегловност в човешкото тяло възникват следните промени:

1. Сърцето сърцебиене се увеличава.
2. Отпуска мускулите (тонът изчезва).
3. Намалена ефективност.
4. Възможни пространствени халюцинации.

Лице в безтегловност може да остане до 86 дни без да навреди на здравето. Това е доказано от опита и е потвърдено от медицинска гледна точка. Една от задачите на космическата биология и медицината днес обаче е разработването на набор от мерки за предотвратяване на ефектите от безтегловност върху човешкото тяло като цяло, за премахване на умората, подобряване и поддържане на нормалната работоспособност.

Съществуват редица условия, които космонавтите спазват, за да преодолеят безтегловността и да поддържат контрол върху тялото:

• Проектирането на самолета стриктно съответства на необходимите стандарти за безопасност за пътниците;
• космонавтите винаги са внимателно закрепени на местата си, за да се избегнат непредвидени полети нагоре;
• всички елементи на кораба имат строго определено място и са правилно обезопасени, за да се избегнат травматични ситуации;
• Течностите се съхраняват само в затворени, херметически затворени контейнери.

  

За да постигнат добри резултати в преодоляването на безтегловността, космонавтите преминават задълбочено обучение на Земята. Но, за съжаление, докато е модерно научни изследвания Не позволявайте да създавате подобни условия в лабораторията. Нашата планета не може да преодолее гравитацията. Това също е една от бъдещите задачи за космическа и медицинска биология.

Претоварване в пространството (ускорение)

Друг важен фактор, който засяга човешкото тяло в пространството, е ускоряване или претоварване. Същността на тези фактори се свежда до неравномерно преразпределение на натоварването върху тялото със силни движения на скоростта в пространството. Има два основни типа ускорение:

• кратко;
• дълго.

Както показват медицинските и биологичните изследвания, ускоряването е много важно за влиянието върху физиологичното състояние на тялото на астронавта.

Така например, при действието на краткосрочните ускорения (те продължават по-малко от 1 секунда), могат да настъпят необратими промени в организма на молекулярно ниво. Също така, ако органите не са обучени, те са достатъчно слаби, съществува риск от скъсване на черупките им. Такива влияния могат да се направят, когато капсулата се отдели от космонавта в пространството, когато се изхвърли или когато корабът се приземи в орбита.

Следователно, е много важно космонавтите да преминат задълбочен медицински преглед и определена физическа подготовка, преди да летят в космоса.

Дългодействащото ускорение възниква, когато ракетата се изстрелва и каца, както и по време на полет в определени пространствени места на космоса. Ефектът от такива ускорения върху тялото според данните, предоставени от научните медицински изследвания, е следният:

• палпитация и пулс;
• по-бързо дишане;
• появата на гадене и слабост, бледност на кожата;
• видението страда, пред очите ви се появява червен или черен филм;
• вероятно усещане за болка в ставите, крайниците;
• тонусът на мускулната тъкан пада;
• невро-хуморалната регулация варира;
• обменът на газ в белите дробове и в тялото като цяло става различен;
• вероятно появата на изпотяване.

Претоварването и безтегловността правят медицинските учени да измислят различни начини. позволявайки им да се адаптират, да обучават космонавти, за да могат да издържат действието на тези фактори без последици за здравето и без загуба на ефективност.

Един от най-ефективните начини за обучение на космонавти за ускорение е центрофужният апарат. В него можете да наблюдавате всички промени, които се случват в тялото под действието на претоварване. Той също така ви позволява да тренирате и да се адаптирате към влиянието на този фактор.

Полет в космоса и медицината

Излитането в космоса със сигурност има много голямо въздействие върху здравето на хората, особено нетренирани или с хронични заболявания. Ето защо, е важен аспект от медицинските изследвания са всички подробности за полета, всички реакции на организма към различни ефекти и невероятни извън планетата сили.

Нулева гравитация полет прави съвременната медицина и биология, за да измисли и изразителен (в същото време да се извърши, разбира се), набор от мерки, които да гарантират, астронавтите правилното хранене, почивка, доставка на кислород, се поддържа ефективността и така нататък.

В допълнение, медицината е предназначена да осигури на астронавтите достойна помощ в случай на непредвидени, аварийни ситуации, както и защита от въздействието на неизвестни сили на други планети и пространства. Това е доста трудно, отнема много време и усилия, голяма теоретична основа, използвайки само най-модерното оборудване и подготовка.

В допълнение, медицина наравно с физиката и биологията има за задача да защити астронавтите от физическите фактори на космически условия, като например:

• температура;
• радиация;
• налягане;
• метеорити.

Ето защо проучването на всички тези фактори и особености е много важно.

Изследователски методи в биологията

Космическата биология, както и всяка друга биологична наука, притежава определен набор от методи, които позволяват да се провеждат изследвания, да се натрупва теоретичен материал и да се потвърди с практически изводи. Тези методи с течение на времето не остават непроменени, предмет на актуализации и надстройки в съответствие с текущото време. Въпреки това, исторически разработените методи на биологията все още остават релевантни за този ден. Те включват:

1. Наблюдение.
2. Експериментирайте.
3. Исторически анализ.
4. Описание.
5. Сравнете.

Тези методи на биологично изследване са основни, уместни по всяко време. Но има и редица други, които са възникнали с развитието на науката и технологиите, електронната физика и молекулярната биология. Те се наричат ​​модерни и играят най-важната роля в изучаването на всички биологични, химични, медицински и физиологични процеси.

Съвременни методи

1. Методи на генното инженерство и биоинформатика. Това включва агробактериална и балистична трансформация, PCR (полимеразни верижни реакции). Ролята на биологичните изследвания на такъв план е голяма, тъй като те ни позволяват да намерим решения на проблема с храненето и насищането с кислород ракетни системи и кабини за комфортно състояние на космонавтите.
2. Методи на протеинова химия и хистохимия. Позволява контрол на протеини и ензими в живите системи.
3. Използване на флуоресцентна микроскопия, суперразтворителна микроскопия.
4. Използването на молекулярната биология и биохимията и техните методи на изследване.
5. биотелеметрично - метод, който е резултат от комбинация от работата на инженерите и лекарите на биологична основа. Тя ви позволява да следите всички физиологично важни функции на тялото от разстояние с помощта на радиокомуникационните канали на човешкото тяло и компютърния регистратор. Космическата биология използва този метод като основен метод за проследяване на ефектите от космическите условия върху организмите на астронавтите.
6. Биологична индикация на междупланетното пространство. Много важен метод на космическата биология, който дава възможност да се оценят междупланетните състояния на околната среда, е да се получи информация за характеристиките на различните планети. Основата тук е използването на животни с вградени сензори. Точно експерименталните животни (мишки, кучета, маймуни) извличат информация от орбитите, която се използва от земните учени за анализ и изводи.

Съвременните методи на биологично изследване позволяват да се решават напреднали проблеми не само на космическата биология, но и универсални.

Проблеми на космическата биология

Всички гореизброени методи за биомедицински изследвания, за съжаление, все още не са в състояние да разрешат всички проблеми на космическата биология. Има редица актуални въпроси, които остават неотложни до ден днешен. Нека разгледаме основните проблеми, пред които е изправена космическата медицина и биологията.

1. Избор на обучен персонал за полета в космоса, чието здравословно състояние би могло да отговаря на всички изисквания на лекарите (включително позволявайки на космонавтите да издържат на строго обучение и обучение за полети).
2. Достойно ниво на обучение и доставка на всички необходими космически екипажи.
3. Осигуряване на сигурност във всяко отношение (включително от непознати или чужди влияния от други планети) до работнически кораби и структури на самолети.
4. Психофизиологична рехабилитация на космонавти при завръщането им на Земята.
5. Разработване на начини за защита на астронавтите и космически кораб от радиация.
6. Осигуряване на нормални условия на живот в кабините по време на полети до космоса.
7. Разработване и прилагане на модернизирани компютърни технологии в космическата медицина.
8. Изпълнение на космическата телемедицина и биотехнологиите. Използвайки методите на тези науки.
9. Разрешаване на медицински и биологични проблеми за удобни полети на астронавти за Марс и други планети.
10. Синтез на фармакологични агенти, които ще разрешат проблема с оксигенацията в космоса.

Разработена, усъвършенствана и интегрирана в прилагането на методи за медицинско и биологично изследване, ще е необходимо да се решат всички задачи и задачи, които са поставени. Но когато това се случи - въпросът е сложен и съвсем непредсказуем.

Трябва да се отбележи, че не само учените от Русия, но и академичният съвет на всички страни, се занимават с решаването на всички тези въпроси. И това е голям плюс. В крайна сметка съвместните изследвания и научни изследвания ще дадат несравнимо по-голям и по-бърз положителен резултат. Близкото глобално сътрудничество в решаването на космическите проблеми е ключът към успеха в развитието на не-планетарното пространство.

Съвременни постижения

Такива постижения са много. В края на краищата всеки ден се извършва интензивна работа, задълбочена и мъчителна, която ви позволява да намирате все повече и повече нови материали, да извличате изводи и да формулирате хипотези.

Едно от най-важните открития на 21-ви век в космологията е откриването на вода на Марс. Това веднага породи десетки хипотези за съществуването или отсъствието на живот на планетата, възможността за преместване на земниците на Марс и т.н.

Друго откритие е, че учените определят възрастовите граници, в които човек може спокойно и без сериозни последствия да бъде в космоса. Тази възраст започва от 45 години и завършва приблизително 55-60 години. Младите хора, които влизат в космоса, страдат много зле от психологическо и физиологично естество, когато се връщат на Земята, са трудно адаптирани и възстановени.

На Луната е открита и вода (2009). Меркурий и голямо количество сребро също са открити на сателита на Земята.

Методите на биологичното изследване, както и инженерните и физическите показатели ни позволяват да заключим с увереност, че безвредността (поне не по-вредна от Земята) е причинена от йонно излъчване и облъчване в космоса.

Научните изследвания доказват, че дългото пребиваване в космоса не засяга физическото здраве на астронавтите. Проблемите обаче остават психологически.

Проведени са проучвания, които доказват, че висшите растения реагират различно на това, че са в космоса. Семената на някои растения по време на проучването не показват генетични промени. Други, напротив, показват очевидни деформации на молекулярно ниво.

Експериментите, проведени върху клетките и тъканите на живите организми (бозайници), доказват, че космосът не оказва влияние върху нормалното състояние и функционирането на тези органи.

Различни видове медицински изследвания (томография, ядрено-магнитен резонанс, кръв и урина, ЕКГ, компютърна томография, и така нататък), довели до заключението, че физиологичните, биохимични, морфологични характеристики на човешките клетки, остават непроменени, когато остане в пространството до 86 дни.

В лабораторията се възстановява изкуствена система, която дава възможност да се доближи до състоянието на безтегловност и така да се изследват всички аспекти на ефекта от това състояние върху тялото. Това на свой ред позволи да се разработят редица превантивни мерки за предотвратяване на въздействието на този фактор върху човешкия полет в безтегловност.

Резултатите от екзобиологията са данни, показващи наличието на органични системи извън биосферата на Земята. Досега е възможно само теоретично формулиране на тези предположения, но скоро учениците планират да получат и практически доказателства.

Благодарение на изследванията на биолози, физици, лекари, еколози и химици, бяха разкрити дълбоки механизми на влияние на хората върху биосферата. Възможно е да се постигне това, като се създадат изкуствени екосистеми извън планетата и се направи същото въздействие като на Земята.

Това не са всички постижения на космическата биология, космологията и медицината към днешна дата, а само основните. Има голям потенциал, чиято реализация е задачата на изброените науки за бъдещето.

Живот в космоса

Според съвременните идеи животът в космоса може да съществува, тъй като последните открития потвърждават присъствието на определени планети на подходящи условия за появата и развитието на живота. Въпреки това мненията на учените по този въпрос попадат в две категории:

• животът е никъде, освен Земята, никога не е бил и никога няма да бъде;
• животът е в огромните пространства на космоса, но хората все още не са го открили.

Коя от хипотезите е правилната - да решавате лично за всеки. Има достатъчно доказателства и опровержения за едното и другото.