Науката за биология включва много различни раздели, големи и малки детски науки. И всеки от тях е важен не само в човешкия живот, но и за планетата като цяло.
За втори пореден век хората се опитват да изучават не само земното разнообразие на живота във всичките му проявления, но и да разберат дали има живот извън планетата, в открития космос. С тези въпроси се занимава специалната наука - космическата биология. Ще бъде обсъдено в нашия преглед.
Секция по биология - Космическа биология
Тази наука е сравнително млада, но много интензивно развиваща се. Основните аспекти на обучението са:
- Фактори на космическото пространство и тяхното влияние върху организмите на живите същества, жизнената дейност на всички живи системи в космоса или самолетите.
- Развитието на живота на нашата планета с участието на космоса, еволюцията на живите системи и вероятността за съществуване на биомаса извън нашата планета.
- Възможностите за изграждане на затворени системи и създаване на реални условия на живот в тях за комфортразвитие и растеж на организмите в космоса.
Космичната медицина и биологията са тясно свързани науки, които съвместно изучават физиологичното състояние на живите същества в космоса, тяхното разпространение в междупланетните 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 никаква вреда на здравето. Събран е огромен материал за наличието на живот в космоса, способността на растенията и животните (едноклетъчни, многоклетъчни) да живеят и да се развиват в безтегловност.
История на развитието на науката
Корените на космическата биология се връщат към древни времена, когато философите и мислителите - естествените учени Аристотел, Хераклит, Платон и други - наблюдават звездното небе, опитвайки се да идентифицират връзката на Луната и Слънцето със Земята, да разберем причините за тяхното влияние върху земеделските земи и животните.
По-късно, през Средновековието, започват опити да се определи формата на Земята и да се обясни нейното въртене. Дълго време съществуваше теория, създадена от Птолемей. Тя говори за факта, че Земята е центърът на Вселената и всички други планети и небесни тела се движат около нея (геоцентрична система).
Имаше обаче друг учен, полякът Николай Коперник, който доказа погрешността на тези твърдения и предложи своя собствена хелиоцентрична система на структурата на света: в центъра е Слънцето и всички планети се движат наоколо. Слънцето също е звезда. Възгледите му бяха подкрепени от последователите на ДжорданоБруно, Нютон, Кеплер, Галилей.
Въпреки това, космическата биология като наука се появява много по-късно. Едва през 20-ти век руският учен Константин Едуардович Циолковски разработи система, която позволява на хората да проникват в дълбините на космоса и бавно да ги изучават. Той с право се смята за баща на тази наука. Също така, откритията във физиката и астрофизика, квантовата химия и механика на Айнщайн, Бор, Планк, Ландау, Ферми, Капица, Боголюбов и други изиграха голяма роля в развитието на космобиологията.
Нови научни изследвания, които позволиха на хората да извършват дълго планирани полети в космоса, направиха възможно идентифицирането на специфични медицински и биологични обосновки за безопасността и въздействието на извънземните условия, формулирани от Циолковски. Каква беше тяхната същност?
- Учените са получили теоретична обосновка за ефекта на безтегловността върху организмите на бозайниците.
- Той моделира няколко варианта на космическите условия в лабораторията.
- Предложени опции за астронавтите да получават храна и вода с помощта на растенията и циркулацията на материята.
Така Циолковски изложи всички основни постулати на космонавтиката, които не са загубили своята актуалност и днес.
безтегловност
Съвременните биологични изследвания в областта на изучаването на влиянието на динамичните фактори върху човешкото тяло в космоса позволяват на астронавтите да се отърват максимално от негативното влияние на същите тези фактори.
Има три основни динамични характеристики:
- вибрация;
- ускорение;
- безтегловност.
Най-необичайният и важен ефект върху човешкото тяло е безтегловността. Това е състояние, при което силата на гравитацията изчезва и не се замества от други инерционни влияния. В този случай човек напълно губи способността си да контролира положението на тялото в пространството. Такова състояние започва вече в долните слоеве на космоса и продължава в цялото му пространство.
Медицински и биологични изследвания показват, че в човешкото тяло в състояние на безтегловност настъпват следните промени:
- Сърдечният ритъм се увеличава.
- Мускулите се отпускат (тонусът изчезва).
- Намалена производителност.
- Възможни пространствени халюцинации.
Човек в безтегловност е в състояние да остане до 86 дни без вреда за здравето. Това е доказано емпирично и потвърдено от медицинска гледна точка. Въпреки това, една от задачите на космическата биология и медицина днес е да разработи набор от мерки за предотвратяване на ефекта на безтегловността върху човешкото тяло като цяло, премахване на умората, повишаване и консолидиране на нормалното представяне.
Има редица условия, които астронавтите спазват, за да преодолеят безтегловността и да запазят контрол над тялото:
- дизайнът на самолета стриктно отговаря на необходимите стандарти за безопасност за пътниците;
- астронавтите винаги са внимателно завързани на местата си, за да избегнат непредвидени полети нагоре;
- всички артикули на кораба са стриктнофиксирано място и правилно обезопасено, за да се избегне нараняване;
- Течностите се съхраняват само в затворени, запечатани контейнери.
За да постигнат добри резултати в преодоляването на безтегловността, астронавтите преминават задълбочено обучение на Земята. Но, за съжаление, досега съвременните научни изследвания не позволяват създаването на такива условия в лабораторията. На нашата планета не е възможно да се преодолее силата на гравитацията. Това е и едно от бъдещите предизвикателства за космоса и медицинската биология.
G-сили в пространството (ускорения)
Друг важен фактор, влияещ върху човешкото тяло в космоса, е ускорението или претоварването. Същността на тези фактори се свежда до неравномерно преразпределение на натоварването върху тялото при силни високоскоростни движения в пространството. Има два основни типа ускорение:
- краткосрочни;
- дълго.
Както показват биомедицинските проучвания, и двете ускорения са много важни за влияние върху физиологичното състояние на тялото на астронавта.
Така, например, под действието на краткотрайни ускорения (те продължават по-малко от 1 секунда) могат да настъпят необратими промени в тялото на молекулярно ниво. Също така, ако органите не са тренирани, достатъчно слаби, съществува риск от разкъсване на мембраните им. Такива влияния могат да се осъществят по време на отделянето на капсулата с астронавта в космоса, по време на неговото изхвърлянеили при кацане на кораб в орбита.
Затова е много важно астронавтите да преминат задълбочен медицински преглед и определена физическа подготовка, преди да летят в космоса.
Ускорението с продължително действие се получава по време на изстрелване и кацане на ракета, както и по време на полет в някои пространствени места в космоса. Ефектът от такива ускорения върху тялото, според данните, предоставени от научни медицински изследвания, е както следва:
- сърдечният ритъм и пулсът се ускоряват;
- дишането се ускорява;
- има поява на гадене и слабост, бледа кожа;
- зрението страда, червен или черен филм се появява пред очите;
- може да почувствате болка в ставите, крайниците;
- тонусът на мускулната тъкан пада;
- промени в невроморалната регулация;
- газообменът в белите дробове и в тялото като цяло става различен;
- може да причини изпотяване.
G-силите и безтегловността принуждават медицинските учени да измислят различни начини. позволявайки да се адаптират, обучават астронавтите, така че да могат да издържат на действието на тези фактори без последици за здравето и без загуба на ефективност.
Един от най-ефективните начини за обучение на астронавтите да ускоряват е центрофужният апарат. Именно в него можете да наблюдавате всички промени, които настъпват в тялото под действието на претоварвания. Освен това ви позволява да тренирате и да се адаптирате към влиянието на този фактор.
Космически полет и медицина
Космическите полети със сигурност имат много голямо влияние върху здравето на хората, особено тези, които не са обучени или имат хронични заболявания. Следователно важен аспект е медицинското изследване на всички тънкости на полета, на всички реакции на тялото към най-разнообразните и невероятни ефекти на извънземни сили.
Полетът в безтегловност принуждава съвременната медицина и биология да измислят и формулират (в същото време да прилагат, разбира се) набор от мерки за осигуряване на астронавтите с нормално хранене, почивка, снабдяване с кислород, работоспособност и т.н.
В допълнение, медицината е предназначена да осигури на космонавтите достойна помощ в случай на непредвидени, извънредни ситуации, както и защита от въздействието на неизвестни сили на други планети и пространства. Доста е трудно, изисква много време и усилия, голяма теоретична база, използване само на най-новото модерно оборудване и лекарства.
В допълнение, медицината, заедно с физиката и биологията, има за задача да предпазва астронавтите от физическите фактори на космическите условия, като:
- температура;
- радиация;
- налягане;
- метеорити.
Ето защо изучаването на всички тези фактори и характеристики е много важно.
Изследователски методи в биологията
Космичната биология, както всяка друга биологична наука, има определен набор от методи, които позволяват провеждането на изследвания, натрупването на теоретичен материал и потвърждаването му с практически заключения. Тези методи с течение на времетоостават непроменени, актуализират се и модернизират в съответствие с текущото време. Въпреки това исторически установените методи на биологията остават актуални и до днес. Те включват:
- Наблюдение.
- Експеримент.
- Исторически анализ.
- Описание.
- Сравнение.
Тези методи за биологично изследване са основни, подходящи по всяко време. Но има редица други, които са възникнали с развитието на науката и технологиите, електронната физика и молекулярната биология. Те се наричат модерни и играят най-голяма роля в изучаването на всички биологично-химични, медицински и физиологични процеси.
Модерни методи
- Методи на генното инженерство и биоинформатика. Това включва агробактериална и балистична трансформация, PCR (полимеразни верижни реакции). Ролята на биологичните изследвания от този вид е голяма, тъй като именно те дават възможност да се намерят варианти за решаване на проблема с храненето и оксигенирането на ракетни установки и кабини за комфорта на астронавтите.
- Методи на протеиновата химия и хистохимията. Позволете да контролирате протеините и ензимите в живите системи.
- Използване на флуоресцентна микроскопия, микроскопия със супер разделителна способност.
- Използването на молекулярната биология и биохимията и техните методи за изследване.
- Биотелеметрията е метод, който е резултат от комбинация от работа на инженери и лекари на биологична основа. Позволява ви да контролирате всички физиологично важни функции на работата.организъм на разстояние с помощта на радиокомуникационни канали на човешкото тяло и компютърно записващо устройство. Космическата биология използва този метод като основа за проследяване на ефектите от космическите условия върху организмите на астронавтите.
- Биологична индикация на междупланетното пространство. Много важен метод на космическата биология, който дава възможност за оценка на междупланетните състояния на околната среда, за получаване на информация за характеристиките на различните планети. Основата тук е използването на животни с вградени сензори. Експерименталните животни (мишки, кучета, маймуни) извличат информация от орбити, която се използва от земните учени за анализ и заключения.
Съвременните методи на биологични изследвания позволяват решаването на напреднали проблеми не само на космическата биология, но и на универсални.
Проблеми на космическата биология
Всички изброени методи за биомедицинско изследване, за съжаление, все още не са успели да решат всички проблеми на космическата биология. Има редица актуални въпроси, които остават спешни и до днес. Нека да разгледаме основните предизвикателства пред космическата медицина и биология.
- Избор на обучен персонал за космически полет, чието здравословно състояние може да отговаря на всички изисквания на лекарите (включително позволява на астронавтите да издържат на стриктно обучение и обучение за полети).
- Достойно ниво на обучение и доставка на всичко необходимо за екипажите на работното пространство.
- Осигуряване на безопасност във всички отношения (включително от неизвестни или чужди фактори на влияниеот други планети) работещи кораби и самолетни конструкции.
- Психо-физиологична рехабилитация на астронавти след завръщане на Земята.
- Разработване на начини за защита на астронавтите и космическите кораби от радиация.
- Осигуряване на нормални условия на живот в кабините по време на космически полети.
- Разработване и прилагане на съвременни компютърни технологии в космическата медицина.
- Въвеждане на космическа телемедицина и биотехнология. Използвайки методите на тези науки.
- Решение на медицински и биологични проблеми за комфортни полети на астронавти до Марс и други планети.
- Синтез на фармакологични агенти, които ще решат проблема с доставката на кислород в космоса.
Разработените, подобрени и сложни в приложението методи на биомедицински изследвания със сигурност ще решат всички задачи и съществуващи проблеми. Но кога ще стане това е труден и доста непредвидим въпрос.
Трябва да се отбележи, че не само руски учени, но и Академичният съвет на всички страни по света се занимават с всички тези въпроси. И това е голям плюс. В крайна сметка съвместните изследвания и търсения ще дадат непропорционално по-голям и по-бърз положителен резултат. Тясното глобално сътрудничество при решаването на космически проблеми е ключът към успеха в изследването на извънземното пространство.
Модерни постижения
Има много такива постижения. В крайна сметка интензивната работа се извършва всеки ден, задълбочена и старателна, което ви позволява да намирате все повече и повечематериали, правете изводи и формулирайте хипотези.
Едно от най-важните открития на 21-ви век в космологията е откриването на вода на Марс. Това веднага породи десетки хипотези за наличието или отсъствието на живот на планетата, за възможността за преселване на земни жители на Марс и т.н.
Друго откритие е, че учените са определили възрастовите граници, в които човек може да бъде в космоса възможно най-удобно и без сериозни последствия. Тази възраст започва от 45 години и завършва около 55-60 години. Младите хора, които отиват в космоса, страдат изключително психологически и физиологично при завръщането си на Земята, като се адаптират и възстановяват трудно.
Водата е открита и на Луната (2009). Живак и голямо количество сребро също бяха открити на спътника на Земята.
Биологичните изследователски методи, както и инженерните и физическите показатели, ни позволяват уверено да заключим, че ефектите от йонната радиация и експозицията в космоса са безвредни (поне не по-вредни, отколкото на Земята).
Научните изследвания доказаха, че дългият престой в космоса не влияе на физическото здраве на астронавтите. Психологическите проблеми обаче остават.
Проведени са проучвания, доказващи, че висшите растения реагират различно на това, че са в космоса. Семената на някои растения в проучването не показват никакви генетични промени. Други, напротив, показаха очевидни деформации на молекулярно ниво.
Изживявания,проведено върху клетките и тъканите на живи организми (бозайници) доказа, че пространството не влияе на нормалното състояние и функциониране на тези органи.
Различни видове медицински изследвания (томография, ЯМР, изследвания на кръв и урина, кардиограма, компютърна томография и т.н.) доведоха до заключението, че физиологичните, биохимичните, морфологичните характеристики на човешките клетки остават непроменени при престой в космоса до 86 дни.
В лабораторни условия беше пресъздадена изкуствена система, която ви позволява да се доближите максимално до състоянието на безтегловност и по този начин да проучите всички аспекти на ефекта на това състояние върху тялото. Това от своя страна направи възможно разработването на редица превантивни мерки за предотвратяване на въздействието на този фактор по време на човешки полет при нулева гравитация.
Резултатите от екзобиологията са данни, показващи наличието на органични системи извън биосферата на Земята. Досега става възможно само теоретичното формулиране на тези предположения, но скоро учените планират да получат и практически доказателства.
Благодарение на изследванията на биолози, физици, лекари, еколози и химици бяха разкрити дълбоки механизми на човешкото въздействие върху биосферата. Това стана възможно чрез създаването на изкуствени екосистеми извън планетата и упражняването на същото влияние върху тях като на Земята.
Това не са всички постижения на космическата биология, космология и медицина днес, а само основните. Има много потенциал, чиято реализация езадачата на изброените науки за бъдещето.
Живот в космоса
Според съвременните представи живот в космоса може да съществува, тъй като последните открития потвърждават наличието на някои планети на подходящи условия за възникване и развитие на живота. Въпреки това, мненията на учените по този въпрос попадат в две категории:
- животът не е никъде освен Земята, никога не е бил и никога няма да бъде;
- животът съществува в необятните простори на космоса, но хората все още не са го открили.
Коя от хипотезите е вярна - всеки сам решава. Има достатъчно доказателства и опровержение както за едното, така и за другото.
