Biološka znanost vključuje veliko različnih oddelkov, velikih in malih otroških znanosti. In vsak od njih je pomemben ne samo v človeškem življenju, ampak za planet kot celoto.
Ljudje že drugo stoletje zapored poskušajo preučevati ne le zemeljsko raznolikost življenja v vseh njegovih pojavnih oblikah, ampak tudi ugotoviti, ali obstaja življenje zunaj planeta, v vesolju. S temi vprašanji se ukvarja posebna znanost - vesoljska biologija. O tem bomo razpravljali v našem pregledu.
Oddelek za biologijo - vesoljska biologija
Ta znanost je relativno mlada, a se zelo intenzivno razvija. Glavni vidiki učenja so:
- Dejavniki vesolja in njihov vpliv na organizme živih bitij, vitalna aktivnost vseh živih sistemov v vesolju ali letalih.
- Razvoj življenja na našem planetu s sodelovanjem vesolja, evolucija živih sistemov in verjetnost obstoja biomase zunaj našega planeta.
- Možnosti gradnje zaprtih sistemov in ustvarjanja realnih življenjskih pogojev v njih za udobnorazvoj in rast organizmov v vesolju.
Vesoljska medicina in biologija sta tesno povezani vedi, ki skupaj proučujeta fiziološko stanje živih bitij v vesolju, njihovo razširjenost v medplanetarnih prostorih in evolucijo.
Zahvaljujoč raziskavam teh znanosti je postalo mogoče izbrati optimalne pogoje za iskanje ljudi v vesolju, ne da bi pri tem škodovali zdravju. Zbranega je bilo ogromno gradiva o prisotnosti življenja v vesolju, sposobnosti rastlin in živali (enoceličnih, večceličnih), da živijo in se razvijajo v breztežnosti.
Zgodovina razvoja znanosti
Korenine vesoljske biologije segajo v antične čase, ko so filozofi in misleci - naravoslovci Aristotel, Heraklit, Platon in drugi - opazovali zvezdno nebo in poskušali ugotoviti odnos Lune in Sonca z Zemljo, razumeti razloge za njihov vpliv na kmetijska zemljišča in živali.
Pozneje, v srednjem veku, so se začeli poskusi določiti obliko Zemlje in razložiti njeno vrtenje. Dolgo časa je obstajala teorija, ki jo je ustvaril Ptolemej. Govorila je o tem, da je Zemlja središče vesolja, vsi drugi planeti in nebesna telesa pa se gibljejo okoli nje (geocentrični sistem).
Vendar je bil še en znanstvenik, Poljak Nikolaj Kopernik, ki je dokazal zmotnost teh trditev in predlagal svoj lasten, heliocentrični sistem svetovne strukture: v središču je Sonce in vsi planeti se gibljejo. Sonce je tudi zvezda. Njegova stališča so podprli Giordanovi privrženciBruno, Newton, Kepler, Galileo.
Vendar se je vesoljska biologija kot znanost pojavila veliko pozneje. Šele v 20. stoletju je ruski znanstvenik Konstantin Eduardovič Tsiolkovsky razvil sistem, ki omogoča ljudem, da prodrejo v globine vesolja in jih počasi preučujejo. Upravičeno velja za očeta te znanosti. Tudi odkritja v fiziki in astrofiziki, kvantni kemiji in mehaniki Einsteina, Bohra, Plancka, Landaua, Fermija, Kapitze, Bogolyubova in drugih so imela veliko vlogo pri razvoju kozmobiologije.
Nove znanstvene raziskave, ki so ljudem omogočile dolgo načrtovane lete v vesolje, so omogočile identifikacijo posebnih medicinskih in bioloških utemeljitev za varnost in vpliv nezemeljskih razmer, ki jih je oblikoval Ciolkovsky. Kaj je bilo njihovo bistvo?
- Znanstveniki so dobili teoretično utemeljitev učinka breztežnosti na organizme sesalcev.
- V laboratoriju je modeliral več različic prostorskih razmer.
- Predlagane možnosti za astronavte za pridobivanje hrane in vode s pomočjo rastlin in kroženja snovi.
Tako je Ciolkovsky postavil vse osnovne postulate astronavtike, ki še danes niso izgubili na aktualnosti.
breztežnost
Sodobne biološke raziskave na področju proučevanja vpliva dinamičnih dejavnikov na človeško telo v vesolju omogočajo astronavtom, da se v največji možni meri znebijo negativnega vpliva teh istih dejavnikov.
Obstajajo tri glavne dinamične značilnosti:
- vibracija;
- pospešek;
- breztežnost.
Najbolj nenavaden in pomemben učinek na človeško telo je breztežnost. To je stanje, v katerem sila gravitacije izgine in je ne nadomestijo drugi inercialni vplivi. V tem primeru oseba popolnoma izgubi sposobnost nadzora položaja telesa v prostoru. Takšno stanje se začne že v nižjih plasteh kozmosa in traja v celotnem njegovem prostoru.
Medicinske in biološke študije so pokazale, da se v človeškem telesu v breztežnostnem stanju pojavijo naslednje spremembe:
- Srčni utrip se poveča.
- Mišice se sprostijo (tonus izgine).
- Zmanjšana učinkovitost.
- Možne prostorske halucinacije.
Človek v breztežnosti lahko ostane do 86 dni brez škode za zdravje. To je bilo empirično dokazano in potrjeno z medicinskega vidika. Vendar pa je ena od nalog vesoljske biologije in medicine danes razviti nabor ukrepov za preprečevanje učinka breztežnosti na človeško telo na splošno, odpravo utrujenosti, povečanje in utrjevanje normalne zmogljivosti.
Obstajajo številni pogoji, ki jih astronavti opazujejo, da bi premagali breztežnost in ohranili nadzor nad telesom:
- zasnova letala je strogo v skladu s potrebnimi varnostnimi standardi za potnike;
- astronavti so vedno skrbno pripeti na svoje sedeže, da se izognejo nepredvidenim poletom navzgor;
- vsi predmeti na ladji so strogofiksno mesto in ustrezno zavarovano, da se izognete poškodbam;
- Tekočine so shranjene samo v zaprtih, zaprtih posodah.
Da bi dosegli dobre rezultate pri premagovanju breztežnosti, se astronavti temeljito izobražujejo na Zemlji. Toda na žalost doslej sodobne znanstvene raziskave ne omogočajo ustvarjanja takšnih pogojev v laboratoriju. Na našem planetu ni mogoče premagati sile gravitacije. To je tudi eden od prihodnjih izzivov za vesolje in medicinsko biologijo.
G-sile v vesolju (pospeški)
Drug pomemben dejavnik, ki vpliva na človeško telo v vesolju, je pospešek ali preobremenitev. Bistvo teh dejavnikov je zmanjšano na neenakomerno prerazporeditev obremenitve telesa med močnimi hitrimi gibi v prostoru. Obstajata dve glavni vrsti pospeševanja:
- kratkoročno;
- dolgo.
Kot kažejo biomedicinske študije, sta oba pospeška zelo pomembna pri vplivanju na fiziološko stanje astronavtovega telesa.
Tako se lahko na primer pod delovanjem kratkotrajnih pospeškov (trajajo manj kot 1 sekundo) v telesu na molekularni ravni pojavijo nepopravljive spremembe. Prav tako, če organi niso usposobljeni, dovolj šibki, obstaja nevarnost razpoka njihovih membran. Takšni vplivi se lahko izvajajo med ločitvijo kapsule z astronavtom v vesolju, med njegovim izmetomali pri pristanku ladje v orbiti.
Zato je zelo pomembno, da astronavti pred poletom v vesolje opravijo temeljit zdravniški pregled in določeno telesno vadbo.
Dolgodelujoči pospešek se pojavi med izstrelitvijo in pristankom rakete, pa tudi med letom na nekaterih prostorskih mestih v vesolju. Učinek takšnih pospeškov na telo je po podatkih znanstvene medicinske raziskave naslednji:
- srčni utrip in pulz se pospeši;
- dihanje se pospeši;
- pojavijo se slabost in šibkost, bleda koža;
- videnje trpi, pred očmi se pojavi rdeč ali črn film;
- lahko čutite bolečine v sklepih, udih;
- tonus mišičnega tkiva pade;
- spremembe nevromoralne regulacije;
- izmenjava plinov v pljučih in v telesu kot celoti postane drugačna;
- lahko povzroči potenje.
G-sile in breztežnost prisilita medicinske znanstvenike, da najdejo različne načine. omogoča prilagajanje, trenira astronavte tako, da lahko prenesejo delovanje teh dejavnikov brez zdravstvenih posledic in brez izgube učinkovitosti.
Eden najučinkovitejših načinov za usposabljanje astronavtov za pospeševanje je centrifugiranje. V njem lahko opazujete vse spremembe, ki se pojavijo v telesu pod vplivom preobremenitev. Omogoča vam tudi treniranje in prilagajanje vplivu tega dejavnika.
Vesoljski polet in medicina
Vesoljski poleti imajo zagotovo zelo velik vpliv na zdravje ljudi, zlasti tistih, ki niso usposobljeni ali imajo kronične bolezni. Zato je pomemben vidik medicinske raziskave vseh subtilnosti letenja, vseh reakcij telesa na najrazličnejše in neverjetne učinke nezemeljskih sil.
Letenje v breztežnosti sili sodobno medicino in biologijo, da izumita in oblikujeta (seveda hkrati izvajata) nabor ukrepov, ki astronavtom zagotavljajo normalno prehrano, počitek, oskrbo s kisikom, delovno sposobnost in tako naprej.
Poleg tega je medicina zasnovana tako, da kozmonavtom nudi dostojno pomoč v primeru nepredvidenih, izrednih razmer, pa tudi zaščito pred učinki neznanih sil drugih planetov in prostorov. Precej težko je, zahteva veliko časa in truda, veliko teoretično bazo, uporabo le najnovejše sodobne opreme in zdravil.
Poleg tega ima medicina, skupaj s fiziko in biologijo, nalogo zaščititi astronavte pred fizičnimi dejavniki vesoljskih razmer, kot so:
- temperatura;
- sevanje;
- pritisk;
- meteoriti.
Zato je preučevanje vseh teh dejavnikov in značilnosti zelo pomembno.
Raziskovalne metode v biologiji
Vesoljska biologija, tako kot vsaka druga biološka znanost, ima določen nabor metod, ki omogočajo izvajanje raziskav, kopičenje teoretičnega gradiva in potrditev s praktičnimi zaključki. Te metode skozi časostanejo nespremenjeni, se posodabljajo in posodabljajo v skladu s trenutnim časom. Vendar pa zgodovinsko uveljavljene metode biologije še vedno ostajajo pomembne do danes. Ti vključujejo:
- Opazovanje.
- Poskusi.
- Zgodovinska analiza.
- Opis.
- Primerjava.
Te metode bioloških raziskav so osnovne, relevantne v vsakem trenutku. Obstajajo pa številne druge, ki so se pojavile z razvojem znanosti in tehnologije, elektronske fizike in molekularne biologije. Imenujejo jih moderni in imajo največjo vlogo pri preučevanju vseh biološko-kemijskih, medicinskih in fizioloških procesov.
Sodobne metode
- Metode genskega inženiringa in bioinformatike. To vključuje agrobakterijsko in balistično transformacijo, PCR (polimerazne verižne reakcije). Vloga tovrstnih bioloških raziskav je velika, saj prav te omogočajo iskanje možnosti za rešitev problema hranjenja in oksigenacije raketnih lansirnikov in kabin za udobje astronavtov.
- Metode beljakovinske kemije in histokemije. Dovolite nadzor beljakovin in encimov v živih sistemih.
- Uporaba fluorescenčne mikroskopije, mikroskopije z visoko ločljivostjo.
- Uporaba molekularne biologije in biokemije ter njihovih raziskovalnih metod.
- Biotelemetrija je metoda, ki je rezultat kombinacije dela inženirjev in zdravnikov na biološki osnovi. Omogoča vam nadzor nad vsemi fiziološko pomembnimi funkcijami dela.organizem na daljavo z uporabo radijskih komunikacijskih kanalov človeškega telesa in računalniškega snemalnika. Vesoljska biologija uporablja to metodo kot osnovo za sledenje učinkov vesoljskih razmer na organizme astronavtov.
- Biološka indikacija medplanetarnega prostora. Zelo pomembna metoda vesoljske biologije, ki omogoča oceno medplanetarnih stanj okolja, pridobivanje informacij o značilnostih različnih planetov. Osnova tukaj je uporaba živali z vgrajenimi senzorji. Eksperimentalne živali (miši, psi, opice) pridobivajo informacije iz orbit, ki jih zemeljski znanstveniki uporabljajo za analize in sklepe.
Sodobne metode bioloških raziskav omogočajo reševanje naprednih problemov ne le vesoljske biologije, ampak tudi univerzalnih.
Problemi vesoljske biologije
Vse naštete metode biomedicinskih raziskav, žal, še niso uspele rešiti vseh problemov vesoljske biologije. Obstajajo številna aktualna vprašanja, ki ostajajo nujna še danes. Oglejmo si glavne izzive, s katerimi se soočata vesoljska medicina in biologija.
- Izbor usposobljenega osebja za vesoljske polete, katerega zdravstveno stanje bi lahko izpolnjevalo vse zahteve zdravnikov (vključno z omogočanjem astronavtom, da prenesejo stroge treninge in usposabljanje za lete).
- Dostojna raven usposabljanja in oskrba z vsem, kar je potrebno za delovno posadko.
- Zagotavljanje varnosti v vseh pogledih (tudi pred neznanimi ali tujimi dejavniki vplivaz drugih planetov) delovne ladje in letalske strukture.
- Psihofiziološka rehabilitacija astronavtov po vrnitvi na Zemljo.
- Razvoj načinov zaščite astronavtov in vesoljskih plovil pred sevanjem.
- Zagotavljanje normalnih življenjskih razmer v kabinah med vesoljskimi leti.
- Razvoj in uporaba napredne računalniške tehnologije v vesoljski medicini.
- Uvedba vesoljske telemedicine in biotehnologije. Uporaba metod teh znanosti.
- Rešitev zdravstvenih in bioloških problemov za udobne lete astronavtov na Mars in druge planete.
- Sinteza farmakoloških sredstev, ki bodo rešila problem oskrbe s kisikom v vesolju.
Razvite, izboljšane in kompleksne metode biomedicinskih raziskav bodo zagotovo rešile vse naloge in obstoječe probleme. Kdaj pa bo to, je težko in precej nepredvidljivo vprašanje.
Opozoriti je treba, da se z vsemi temi vprašanji ne ukvarjajo samo ruski znanstveniki, temveč tudi akademski svet vseh držav sveta. In to je velik plus. Navsezadnje bodo skupne raziskave in iskanja dale nesorazmerno večji in hitrejši pozitiven rezultat. Tesno globalno sodelovanje pri reševanju vesoljskih problemov je ključ do uspeha pri raziskovanju nezemeljskega prostora.
Sodobni dosežki
Teh dosežkov je veliko. Konec koncev se intenzivno delo izvaja vsak dan, temeljito in skrbno, kar vam omogoča, da najdete vedno večgradiva, sklepajte in oblikujte hipoteze.
Eno najpomembnejših odkritij 21. stoletja v kozmologiji je bilo odkritje vode na Marsu. To je takoj povzročilo na desetine hipotez o prisotnosti ali odsotnosti življenja na planetu, o možnosti preselitve zemljanov na Mars itd.
Drugo odkritje je bilo, da so znanstveniki določili starostne meje, znotraj katerih je človek lahko v vesolju čim bolj udobno in brez resnih posledic. Ta starost se začne pri 45 letih in se konča pri približno 55-60 letih. Mladi, ki odhajajo v vesolje, ob vrnitvi na Zemljo trpijo izredno psihološko in fiziološko, saj se težko prilagajajo in obnavljajo.
Na Luni so odkrili tudi vodo (2009). Na Zemljinem satelitu so našli tudi živo srebro in veliko količino srebra.
Biološke raziskovalne metode, pa tudi inženirski in fizikalni kazalniki, nam omogočajo samozavestno sklepanje, da so učinki ionskega sevanja in izpostavljenosti v vesolju neškodljivi (vsaj ne bolj škodljivi kot na Zemlji).
Znanstvene študije so dokazale, da dolgo bivanje v vesolju ne vpliva na fizično zdravje astronavtov. Vendar psihične težave ostajajo.
Izvedene so bile študije, ki dokazujejo, da se višje rastline različno odzivajo na bivanje v vesolju. Semena nekaterih rastlin v študiji niso pokazala nobenih genetskih sprememb. Drugi so, nasprotno, pokazali očitne deformacije na molekularni ravni.
Izkušnje,izvedena na celicah in tkivih živih organizmov (sesalcev) je dokazala, da prostor ne vpliva na normalno stanje in delovanje teh organov.
Različne vrste medicinskih študij (tomografija, MRI, preiskave krvi in urina, kardiogram, računalniška tomografija itd.) so pripeljale do zaključka, da fiziološke, biokemične, morfološke značilnosti človeških celic ostanejo nespremenjene, ko ostanejo v vesolju. do 86 dni.
V laboratorijskih pogojih je bil poustvarjen umetni sistem, ki vam omogoča, da se čim bolj približate stanju breztežnosti in tako preučite vse vidike vpliva tega stanja na telo. To pa je omogočilo razvoj številnih preventivnih ukrepov za preprečevanje vpliva tega dejavnika med človeškim letom v ničelni gravitaciji.
Rezultati eksobiologije so podatki, ki kažejo na prisotnost organskih sistemov zunaj zemeljske biosfere. Doslej je bila možna le teoretična formulacija teh predpostavk, kmalu pa nameravajo znanstveniki pridobiti tudi praktične dokaze.
Zahvaljujoč raziskavam biologov, fizikov, zdravnikov, ekologov in kemikov so bili razkriti globoki mehanizmi človekovega vpliva na biosfero. To je bilo mogoče z ustvarjanjem umetnih ekosistemov zunaj planeta in nanje enakim vplivom kot na Zemlji.
To niso vsi dosežki vesoljske biologije, kozmologije in medicine danes, ampak le glavni. Potenciala je veliko, katerih izvedba jenaloga naštetih znanosti za prihodnost.
Življenje v vesolju
Po sodobnih predstavah lahko življenje v vesolju obstaja, saj najnovejša odkritja potrjujejo prisotnost na nekaterih planetih ustreznih pogojev za nastanek in razvoj življenja. Vendar pa mnenja znanstvenikov o tem vprašanju spadajo v dve kategoriji:
- življenje ni nikjer razen Zemlje, nikoli ni bilo in nikoli ne bo;
- življenje obstaja v prostranstvih vesolja, vendar ga ljudje še niso odkrili.
Katera od hipotez je pravilna - sam se sam odloči. Dovolj je dokazov in zavrnitev tako za eno kot za drugo.
