Nauka o biologiji uključuje mnogo različitih sekcija, velikih i malih nauka o djeci. I svaki od njih je važan ne samo u ljudskom životu, već i za planetu u cjelini.
Drugi vek zaredom ljudi pokušavaju da proučavaju ne samo zemaljsku raznovrsnost života u svim njegovim manifestacijama, već i da otkriju da li postoji život van planete, u svemiru. Ovim pitanjima bavi se posebna nauka - svemirska biologija. O tome će se raspravljati u našoj recenziji.
Sekcija za biologiju - Svemirska biologija
Ova nauka je relativno mlada, ali se veoma intenzivno razvija. Glavni aspekti učenja su:
- Faktori svemira i njihov uticaj na organizme živih bića, vitalnu aktivnost svih živih sistema u svemiru ili avionu.
- Razvoj života na našoj planeti uz učešće svemira, evolucija živih sistema i vjerovatnoća postojanja biomase van naše planete.
- Mogućnosti izgradnje zatvorenih sistema i stvaranja stvarnih životnih uslova u njima za ugodan boravakrazvoj i rast organizama u svemiru.
Svemirska medicina i biologija su blisko povezane nauke koje zajednički proučavaju fiziološko stanje živih bića u svemiru, njihovu rasprostranjenost u međuplanetarnim prostorima i evoluciju.
Zahvaljujući istraživanjima ovih nauka postalo je moguće odabrati optimalne uslove za pronalaženje ljudi u svemiru, i to bez nanošenja štete zdravlju. Prikupljen je ogroman materijal o prisutnosti života u svemiru, sposobnosti biljaka i životinja (jednoćelijskih, višećelijskih) da žive i razvijaju se u bestežinskom stanju.
Istorija razvoja nauke
Koreni svemirske biologije sežu u davna vremena, kada su filozofi i mislioci - prirodnjaci Aristotel, Heraklit, Platon i drugi - posmatrali zvezdano nebo, pokušavajući da identifikuju odnos Meseca i Sunca sa Zemljom, da razumeju razloge njihovog uticaja na poljoprivredno zemljište i životinje.
Kasnije, u srednjem vijeku, počeli su pokušaji da se odredi oblik Zemlje i objasni njena rotacija. Dugo vremena postojala je teorija koju je stvorio Ptolemej. Govorila je o tome da je Zemlja centar Univerzuma, a sve ostale planete i nebeska tijela se kreću oko nje (geocentrični sistem).
Međutim, postojao je još jedan naučnik, Poljak Nikola Kopernik, koji je dokazao pogrešnost ovih tvrdnji i predložio svoj, heliocentrični sistem strukture svijeta: u centru je Sunce, a sve planete se kreću okolo. Sunce je takođe zvezda. Njegove stavove podržavali su Đordanovi sljedbeniciBruno, Newton, Kepler, Galileo.
Međutim, svemirska biologija kao nauka pojavila se mnogo kasnije. Tek u 20. veku ruski naučnik Konstantin Eduardovič Ciolkovski razvio je sistem koji omogućava ljudima da prodiru u dubine svemira i polako ih proučavaju. S pravom se smatra ocem ove nauke. Takođe, otkrića u fizici i astrofizici, kvantnoj hemiji i mehanici od strane Ajnštajna, Bora, Planka, Landaua, Fermija, Kapice, Bogoljubova i drugih odigrala su veliku ulogu u razvoju kosmobiologije.
Nova naučna istraživanja, koja su omogućila ljudima da izvrše dugo planirane letove u svemir, omogućila su da se identifikuju specifična medicinska i biološka opravdanja za sigurnost i uticaj vanzemaljskih uslova koje je formulisao Ciolkovski. Šta je bila njihova suština?
- Naučnicima je dato teorijsko opravdanje za efekat bestežinskog stanja na organizme sisara.
- Modelirao je nekoliko varijacija prostornih uslova u laboratoriji.
- Predložene opcije za astronaute da dobiju hranu i vodu uz pomoć biljaka i kruženja materije.
Tako je Ciolkovsky postavio sve osnovne postulate astronautike, koji danas nisu izgubili na važnosti.
Betežinsko stanje
Savremena biološka istraživanja u oblasti proučavanja uticaja dinamičkih faktora na ljudsko telo u svemiru omogućavaju astronautima da se maksimalno oslobode negativnog uticaja istih ovih faktora.
Postoje tri glavne dinamičke karakteristike:
- vibracija;
- ubrzanje;
- betežinski.
Najneobičniji i najvažniji efekat na ljudski organizam je bestežinsko stanje. Ovo je stanje u kojem sila gravitacije nestaje i nije je zamijenjena drugim inercijskim utjecajima. U tom slučaju osoba potpuno gubi sposobnost kontrole položaja tijela u prostoru. Takvo stanje počinje već u nižim slojevima kosmosa i traje kroz čitav njegov prostor.
Medicinska i biološka istraživanja su pokazala da se u ljudskom tijelu u bestežinskom stanju dešavaju sljedeće promjene:
- Broj otkucaja srca se povećava.
- Mišići se opuštaju (tonus nestaje).
- Smanjenje performansi.
- Moguće prostorne halucinacije.
Osoba u bestežinskom stanju može ostati do 86 dana bez štete po zdravlje. Ovo je empirijski dokazano i potvrđeno sa medicinske tačke gledišta. Međutim, jedan od zadataka svemirske biologije i medicine danas je razvoj skupa mjera za sprječavanje efekta bestežinskog stanja na ljudsko tijelo općenito, uklanjanje umora, povećanje i konsolidaciju normalnih performansi.
Postoji niz uslova koje astronauti poštuju kako bi savladali bestežinsko stanje i zadržali kontrolu nad tijelom:
- dizajn aviona striktno je u skladu sa neophodnim sigurnosnim standardima za putnike;
- astronauti su uvijek pažljivo vezani za svoja sjedišta kako bi izbjegli nepredviđene letove naviše;
- sve stavke na brodu su strogofiksno mjesto i pravilno osigurano kako bi se izbjegle ozljede;
- Tečnosti se čuvaju samo u zatvorenim, zatvorenim kontejnerima.
Da bi postigli dobre rezultate u savladavanju bestežinskog stanja, astronauti prolaze temeljnu obuku na Zemlji. Ali, nažalost, dosadašnja savremena naučna istraživanja ne dozvoljavaju stvaranje ovakvih uslova u laboratoriji. Na našoj planeti nije moguće savladati silu gravitacije. To je također jedan od budućih izazova za svemir i medicinsku biologiju.
G-sile u svemiru (ubrzanja)
Još jedan važan faktor koji utiče na ljudsko tijelo u svemiru je ubrzanje ili preopterećenje. Suština ovih čimbenika svodi se na neravnomjernu preraspodjelu opterećenja na tijelu tijekom snažnih brzih kretanja u prostoru. Postoje dvije glavne vrste ubrzanja:
- kratkoročni;
- dugo.
Kao što pokazuju biomedicinske studije, oba ubrzanja su veoma važna u uticaju na fiziološko stanje astronautovog tela.
Tako, na primjer, pod djelovanjem kratkotrajnih ubrzanja (ona traju manje od 1 sekunde), mogu nastati nepovratne promjene u tijelu na molekularnom nivou. Takođe, ako organi nisu obučeni, dovoljno slabi, postoji opasnost od pucanja njihovih membrana. Takvi uticaji mogu se izvršiti prilikom odvajanja kapsule sa astronautom u svemiru, prilikom njegovog izbacivanjaili prilikom spuštanja broda u orbiti.
Zbog toga je veoma važno da astronauti prođu temeljni medicinski pregled i određenu fizičku obuku prije poletanja u svemir.
Ubrzanje dugog dejstva nastaje prilikom lansiranja i sletanja rakete, kao i tokom leta na nekim prostornim mestima u svemiru. Efekat ovakvih ubrzanja na organizam, prema podacima naučnih medicinskih istraživanja, je sledeći:
- otkucaji srca i puls se ubrzavaju;
- disanje se ubrzava;
- pojavljuje se pojava mučnine i slabosti, 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 prisiljavaju medicinske naučnike da smisle različite načine. omogućavajući prilagođavanje, obučavajte astronaute tako da mogu izdržati djelovanje ovih faktora bez zdravstvenih posljedica i bez gubitka efikasnosti.
Jedan od najefikasnijih načina za treniranje astronauta da ubrzavaju je aparat za centrifugu. U njemu možete promatrati sve promjene koje se javljaju u tijelu pod djelovanjem preopterećenja. Takođe vam omogućava da trenirate i prilagodite se uticaju ovog faktora.
Svemirski let i medicina
Svemirski letovi svakako imaju veliki uticaj na zdravlje ljudi, posebno onih koji nisu obučeni ili imaju hronične bolesti. Stoga je važan aspekt medicinsko istraživanje svih suptilnosti leta, svih reakcija tijela na najrazličitije i nevjerovatne efekte vanzemaljskih sila.
Letenje u bestežinskom stanju primorava savremenu medicinu i biologiju da izmisle i formulišu (istovremeno sprovedu, naravno) set mera koje će astronautima obezbediti normalnu ishranu, odmor, snabdevanje kiseonikom, radnu sposobnost i tako dalje.
Osim toga, medicina je osmišljena da pruži kosmonautima pristojnu pomoć u slučaju nepredviđenih, vanrednih situacija, kao i zaštitu od djelovanja nepoznatih sila drugih planeta i prostora. Prilično je teško, zahtijeva puno vremena i truda, veliku teorijsku bazu, korištenje samo najnovije savremene opreme i lijekova.
Pored toga, medicina, zajedno sa fizikom i biologijom, ima zadatak da zaštiti astronaute od fizičkih faktora svemirskih uslova, kao što su:
- temperatura;
- zračenje;
- pritisak;
- meteoriti.
Stoga, proučavanje svih ovih faktora i karakteristika je veoma važno.
Metode istraživanja u biologiji
Svemirska biologija, kao i svaka druga biološka nauka, ima određeni skup metoda koje omogućavaju sprovođenje istraživanja, akumuliranje teorijskog materijala i potvrđivanje praktičnim zaključcima. Ove metode tokom vremenaostaju nepromijenjeni, ažuriraju se i moderniziraju u skladu sa trenutnim vremenom. Međutim, istorijski uspostavljene metode biologije i dalje su relevantne do danas. Ovo uključuje:
- Zapažanje.
- Experiment.
- Historijska analiza.
- Opis.
- Poređenje.
Ove metode biološkog istraživanja su osnovne, relevantne u svakom trenutku. Ali postoji niz drugih koji su nastali razvojem nauke i tehnologije, elektronske fizike i molekularne biologije. Nazivaju se modernim i igraju najveću ulogu u proučavanju svih biološko-hemijskih, medicinskih i fizioloških procesa.
Moderne metode
- Metode genetskog inženjeringa i bioinformatike. Ovo uključuje agrobakterijsku i balističku transformaciju, PCR (lančane reakcije polimeraze). Uloga bioloških istraživanja ove vrste je velika, jer upravo ona omogućavaju pronalaženje opcija za rješavanje problema hranjenja i oksigenacije raketnih bacača i kabina za udobnost astronauta.
- Metode hemije proteina i histohemije. Dozvolite da kontrolišete proteine i enzime u živim sistemima.
- Upotreba fluorescentne mikroskopije, mikroskopije super rezolucije.
- Upotreba molekularne biologije i biohemije i njihovih istraživačkih metoda.
- Biotelemetrija je metoda koja je rezultat kombinacije rada inženjera i doktora na biološkoj osnovi. Omogućuje vam kontrolu svih fiziološki važnih funkcija rada.organizam na daljinu pomoću radio komunikacijskih kanala ljudskog tijela i kompjuterskog snimača. Svemirska biologija koristi ovu metodu kao osnovu za praćenje efekata svemirskih uslova na organizme astronauta.
- Biološka indikacija međuplanetarnog prostora. Veoma važna metoda svemirske biologije, koja omogućava 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 naučnici koriste za analizu i zaključke.
Savremene metode biološkog istraživanja omogućavaju rješavanje naprednih problema ne samo svemirske biologije, već i univerzalnih.
Problemi svemirske biologije
Sve navedene metode biomedicinskih istraživanja, nažalost, još uvijek nisu uspjele riješiti sve probleme svemirske biologije. Brojna su aktuelna pitanja koja su i danas hitna. Pogledajmo glavne izazove s kojima se suočava svemirska medicina i biologija.
- Odabir obučenog osoblja za letove u svemir, čije zdravstveno stanje može zadovoljiti sve zahtjeve ljekara (uključujući omogućavanje astronautima da izdrže rigoroznu obuku i obuku za letove).
- Pristojan nivo obuke i snabdevenost svim potrebnim za radni prostor posade.
- Osiguravanje sigurnosti u svakom pogledu (uključujući od nepoznatih ili stranih faktora uticajasa drugih planeta) radni brodovi i avionske strukture.
- Psiho-fiziološka rehabilitacija astronauta po povratku na Zemlju.
- Razvoj načina zaštite astronauta i svemirskih letjelica od radijacije.
- Osiguravanje normalnih uslova života u kabinama tokom svemirskih letova.
- Razvoj i primjena napredne kompjuterske tehnologije u svemirskoj medicini.
- Uvođenje svemirske telemedicine i biotehnologije. Koristeći metode ovih nauka.
- Rješenje medicinskih i bioloških problema za udobne letove astronauta na Mars i druge planete.
- Sinteza farmakoloških agenasa koji će rešiti problem snabdevanja kiseonikom u svemiru.
Razvijene, poboljšane i kompleksne u primjeni metode biomedicinskih istraživanja sigurno će riješiti sve zadatke i postojeće probleme. Međutim, kada će to biti teško je i prilično nepredvidivo pitanje.
Treba napomenuti da se svim ovim pitanjima bave ne samo ruski naučnici, već i akademski savjet svih zemalja svijeta. A ovo je veliki plus. Uostalom, zajednička istraživanja i potrage će dati nesrazmjerno veći i brži pozitivan rezultat. Bliska globalna saradnja u rješavanju svemirskih problema je ključ uspjeha u istraživanju vanzemaljskog prostora.
Moderna dostignuća
Postoji mnogo takvih dostignuća. Uostalom, svaki dan se obavlja intenzivan rad, temeljit i mukotrpan, što vam omogućava da pronađete sve više i višematerijale, donositi zaključke i formulirati hipoteze.
Jedno od najvažnijih otkrića 21. veka u kosmologiji bilo je otkriće vode na Marsu. To je odmah dalo povoda za desetine hipoteza o prisutnosti ili odsustvu života na planeti, o mogućnosti preseljenja zemljana na Mars, itd.
Još jedno otkriće je da su naučnici odredili starosne granice unutar kojih osoba može biti u svemiru što udobnije i bez ozbiljnijih posljedica. Ovo doba počinje od 45 godina i završava se oko 55-60 godina. Mladi ljudi koji odlaze u svemir pate izuzetno psihički i fiziološki po povratku na Zemlju, teško se prilagođavajući i obnavljajući.
Voda je također otkrivena na Mjesecu (2009). Merkur i velika količina srebra takođe su pronađeni na Zemljinom satelitu.
Biološke metode istraživanja, kao i inženjerski i fizički pokazatelji, omogućavaju nam da pouzdano zaključimo da su efekti jonskog zračenja i izloženosti u svemiru bezopasni (barem ne štetniji nego na Zemlji).
Naučne studije su dokazale da dug boravak u svemiru ne utiče na fizičko zdravlje astronauta. Međutim, psihološki problemi ostaju.
Provedene su studije koje dokazuju da više biljke različito reaguju na boravak u svemiru. Sjeme nekih biljaka u istraživanju nije pokazalo nikakve genetske promjene. Drugi su, naprotiv, pokazali očigledne deformacije na molekularnom nivou.
Iskustva,sprovedeno na ćelijama i tkivima živih organizama (sisara) dokazalo je da prostor ne utiče na normalno stanje i funkcionisanje ovih organa.
Različite vrste medicinskih studija (tomografija, magnetna rezonanca, testovi krvi i urina, kardiogram, kompjuterizovana tomografija i tako dalje) doveli su do zaključka da fiziološke, biohemijske, morfološke karakteristike ljudskih ćelija ostaju nepromenjene tokom boravka u svemiru do 86 dana.
U laboratorijskim uslovima rekreiran je veštački sistem koji vam omogućava da se što više približite stanju bestežinskog stanja i tako proučite sve aspekte delovanja ovog stanja na organizam. Ovo je, zauzvrat, omogućilo razvoj niza preventivnih mera za sprečavanje uticaja ovog faktora tokom ljudskog leta u nultom gravitaciji.
Rezultati egzobiologije su podaci koji ukazuju na prisustvo organskih sistema izvan Zemljine biosfere. Do sada je bila moguća samo teorijska formulacija ovih pretpostavki, ali uskoro naučnici planiraju da pribave i praktične dokaze.
Zahvaljujući istraživanjima biologa, fizičara, doktora, ekologa i hemičara, otkriveni su duboki mehanizmi ljudskog uticaja na biosferu. Ovo je omogućeno stvaranjem veštačkih ekosistema izvan planete i vršenjem istog uticaja na njih kao na Zemlji.
Ovo nisu sva dostignuća svemirske biologije, kosmologije i medicine danas, već samo ona glavna. Postoji mnogo potencijala, čija implementacija jestezadatak navedenih nauka za budućnost.
Život u svemiru
Prema modernim idejama, život u svemiru može postojati, jer nedavna otkrića potvrđuju prisustvo na nekim planetama pogodnih uslova za nastanak i razvoj života. Međutim, mišljenja naučnika 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 od hipoteza je tačna - na svakom je da odluči. Ima dovoljno dokaza i opovrgavanja i za jedno i za drugo.
