Biologian tieteeseen kuuluu paljon eri osa-alueita, isojen ja pienten lasten tieteitä. Ja jokainen niistä on tärkeä paitsi ihmiselämässä myös koko planeetalle.
Jo toisen vuosisadan peräkkäin ihmiset yrittävät tutkia paitsi maanpäällistä elämän monimuotoisuutta sen kaikissa ilmenemismuodoissa, myös selvittääkseen, onko planeetan ulkopuolella, ulkoavaruudessa elämää. Näitä kysymyksiä käsittelee erityinen tiede - avaruusbiologia. Siitä keskustellaan katsauksessamme.
Biologian osasto - Avaruusbiologia
Tämä tiede on suhteellisen nuori, mutta erittäin intensiivisesti kehittyvä. Oppimisen pääasiat ovat:
- Ulkoavaruuden tekijät ja niiden vaikutus elävien olentojen organismeihin, kaikkien elävien järjestelmien elintärkeään toimintaan avaruudessa tai lentokoneessa.
- Elämän kehittyminen planeetallamme avaruuden osallistuessa, elävien järjestelmien kehitys ja biomassan olemassaolon todennäköisyys planeettamme ulkopuolella.
- Mahdollisuudet rakentaa suljettuja järjestelmiä ja luoda niihin todellisia elinoloja mukavaksiorganismien kehitys ja kasvu ulkoavaruudessa.
Avaruuslääketiede ja -biologia ovat läheisesti toisiinsa liittyviä tieteitä, jotka yhdessä tutkivat elävien olentojen fysiologista tilaa avaruudessa, niiden yleisyyttä planeettojen välisissä tiloissa ja evoluutiota.
Näiden tieteiden tutkimuksen ansiosta oli mahdollista valita optimaaliset olosuhteet ihmisten löytämiseksi avaruudesta aiheuttamatta haittaa terveydelle. Elämän olemassaolosta avaruudessa, kasvien ja eläinten (yksisoluiset, monisoluiset) kyvystä elää ja kehittyä painottomuudessa on kerätty v altavasti materiaalia.
Tieteen kehityshistoria
Avaruusbiologian juuret juontavat muinaisiin ajoiin, jolloin filosofit ja ajattelijat - luonnontieteilijät Aristoteles, Herakleitos, Platon ja muut - katselivat tähtitaivasta yrittäen tunnistaa Kuun ja Auringon suhdetta Maahan, ymmärtää syitä niiden vaikutukselle maatalousmaahan ja eläimiin.
Myöhemmin, keskiajalla, alettiin määrittää Maan muotoa ja selittää sen pyörimistä. Ptolemaioksen luoma teoria oli pitkään olemassa. Hän puhui siitä, että Maa on maailmankaikkeuden keskus ja kaikki muut planeetat ja taivaankappaleet liikkuvat sen ympärillä (geosentrinen järjestelmä).
Mutta oli toinenkin tiedemies, napalainen Nicolaus Copernicus, joka osoitti näiden väitteiden virheellisyyden ja ehdotti omaa, heliosentristä maailmanrakennetta: keskellä on aurinko ja kaikki planeetat liikkuvat. Aurinko on myös tähti. Giordanon seuraajat tukivat hänen näkemyksiäänBruno, Newton, Kepler, Galileo.
Avaruusbiologia tieteenä ilmestyi kuitenkin paljon myöhemmin. Vasta 1900-luvulla venäläinen tiedemies Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky kehitti järjestelmän, jonka avulla ihmiset voivat tunkeutua avaruuden syvyyksiin ja tutkia niitä hitaasti. Häntä pidetään oikeutetusti tämän tieteen isänä. Myös Einsteinin, Bohrin, Planckin, Landaun, Fermin, Kapitzan, Bogolyubovin ja muiden fysiikan ja astrofysiikan, kvanttikemian ja mekaniikan löydöillä oli suuri rooli kosmobiologian kehityksessä.
Uusi tieteellinen tutkimus, joka antoi ihmisille mahdollisuuden tehdä pitkään suunniteltuja lentoja avaruuteen, mahdollisti erityiset lääketieteelliset ja biologiset perusteet maan ulkopuolisten olosuhteiden turvallisuudelle ja vaikutukselle, jonka Tsiolkovsky muotoili. Mikä oli niiden olemus?
- Tutkijoille on annettu teoreettinen perustelu painottomuuden vaikutukselle nisäkäsorganismeihin.
- Hän mallinoi useita avaruusolosuhteiden muunnelmia laboratoriossa.
- Ehdotettuja vaihtoehtoja astronauteille saada ruokaa ja vettä kasvien ja aineen kierron avulla.
Siten Tsiolkovski asetti kaikki astronautiikan peruspostulaatit, jotka eivät ole menettäneet merkitystään tänä päivänä.
Painottomuus
Nykyaikainen biologinen tutkimus, jossa tutkitaan dynaamisten tekijöiden vaikutusta ihmiskehoon avaruudessa, mahdollistaa astronauteille mahdollisuuden päästä eroon näiden samojen tekijöiden negatiivisesta vaikutuksesta maksimaalisesti.
On olemassa kolme päädynaamista ominaisuutta:
- värinä;
- kiihtyvyys;
- painottomuus.
Epätavallisin ja tärkein vaikutus ihmiskehoon on painottomuus. Tämä on tila, jossa painovoima katoaa eikä sitä korvata muilla inertiaalisilla vaikutuksilla. Tässä tapauksessa henkilö menettää täysin kyvyn hallita kehon sijaintia avaruudessa. Tällainen tila alkaa jo kosmoksen alemmissa kerroksissa ja jatkuu koko sen avaruudessa.
Lääketieteelliset ja biologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että seuraavat muutokset tapahtuvat ihmiskehossa painottomuuden tilassa:
- Sydänlyönti kiihtyy.
- Lihakset rentoutuvat (tonus katoaa).
- Suorituskyky heikentynyt.
- Mahdollisia spatiaalisia hallusinaatioita.
Painottomuudessa oleva ihminen voi olla jopa 86 päivää ilman terveyshaittoja. Tämä on todistettu empiirisesti ja vahvistettu lääketieteellisestä näkökulmasta. Yksi avaruusbiologian ja lääketieteen tehtävistä nykyään on kuitenkin kehittää toimenpidekokonaisuus, jolla estetään painottomuuden vaikutukset ihmiskehoon yleensä, poistetaan väsymys, lisätään ja lujitetaan normaalia suorituskykyä.
Astronautit noudattavat useita olosuhteita voittaakseen painottomuuden ja säilyttääkseen kehon hallinnan:
- lentokoneen suunnittelu on tiukasti matkustajien turvastandardien mukainen;
- astronautit on aina kiinnitetty huolellisesti istuimiinsa välttääkseen odottamattomat ylöspäin suuntautuvat lennot;
- kaikki tavarat aluksella ovat tiukastikiinteä paikka ja kiinnitetty kunnolla loukkaantumisen välttämiseksi;
- Nestettä säilytetään vain suljetuissa, suljetuissa säiliöissä.
Astronautit käyvät läpi perusteellisen koulutuksen maan päällä saavuttaakseen hyviä tuloksia painottomuuden voittamisessa. Mutta valitettavasti nykyaikainen tieteellinen tutkimus ei toistaiseksi salli tällaisten olosuhteiden luomista laboratoriossa. Planeetallamme ei ole mahdollista voittaa painovoimaa. Se on myös yksi avaruuden ja lääketieteellisen biologian tulevaisuuden haasteista.
G-voimat avaruudessa (kiihtyvyydet)
Toinen tärkeä ihmiskehoon avaruudessa vaikuttava tekijä on kiihtyvyys tai ylikuormitus. Näiden tekijöiden olemus vähenee kehon kuormituksen epätasaiseen jakautumiseen voimakkaiden nopeiden liikkeiden aikana avaruudessa. On olemassa kaksi päätyyppiä kiihtyvyyttä:
- lyhytaikainen;
- pitkä.
Kuten biolääketieteen tutkimukset osoittavat, molemmat kiihtyvyydet ovat erittäin tärkeitä astronautin kehon fysiologiseen tilaan vaikuttamisessa.
Joten esimerkiksi lyhytaikaisten kiihtyvyyksien vaikutuksesta (ne kestävät alle 1 sekunnin) kehossa voi tapahtua peruuttamattomia muutoksia molekyylitasolla. Lisäksi, jos elimet eivät ole koulutettuja, tarpeeksi heikkoja, on olemassa riski niiden kalvojen repeämisestä. Tällaisia vaikutuksia voidaan tehdä kapselin erottamisen aikana astronautin kanssa avaruudessa hänen heittäytymisen aikanatai laskettaessa aluksen kiertoradalle.
Siksi on erittäin tärkeää, että astronautit käyvät läpi perusteellisen lääkärintarkastuksen ja suorittavat tietyn fyysisen harjoittelun ennen avaruuteen lentämistä.
Pitkävaikutteista kiihtyvyyttä tapahtuu raketin laukaisun ja laskeutumisen aikana sekä lennon aikana joissakin avaruuden tilapaikoissa. Tällaisten kiihtyvyyksien vaikutus kehoon on tieteellisen lääketieteellisen tutkimuksen antamien tietojen mukaan seuraava:
- sydämen syke ja pulssi kiihtyy;
- hengitys nopeutuu;
- pahoinvointia ja heikkoutta, kalpea iho;
- näkö kärsii, silmien eteen ilmestyy punainen tai musta kalvo;
- voi tuntea kipua nivelissä, raajoissa;
- lihasten sävy laskee;
- neuromoraalinen sääntely muuttuu;
- kaasunvaihto keuhkoissa ja koko kehossa muuttuu erilaiseksi;
- voi aiheuttaa hikoilua.
G-voimat ja painottomuus pakottavat lääketieteen tutkijat keksimään erilaisia tapoja. antaa mahdollisuuden sopeutua, kouluttaa astronautit niin, että he voivat kestää näiden tekijöiden toiminnan ilman terveysvaikutuksia ja ilman tehokkuuden heikkenemistä.
Yksi tehokkaimmista tavoista kouluttaa astronautit kiihtymään on sentrifugilaite. Siinä voit tarkkailla kaikkia kehossa tapahtuvia muutoksia ylikuormituksen vaikutuksesta. Sen avulla voit myös harjoitella ja sopeutua tämän tekijän vaikutuksiin.
Avaruuslento ja lääketiede
Avaruuslennoilla on varmasti erittäin suuri vaikutus ihmisten terveyteen, erityisesti kouluttamattomien tai kroonisia sairauksia sairastavien. Siksi tärkeä näkökohta on lääketieteellinen tutkimus kaikista lennon hienouksista, kaikista kehon reaktioista maan ulkopuolisten voimien monipuolisimpiin ja uskomattomimpiin vaikutuksiin.
Lentäminen painottomuudessa pakottaa modernin lääketieteen ja biologian keksimään ja muotoilemaan (samalla tietysti toteuttamaan) joukon toimenpiteitä, joilla astronauteille tarjotaan normaali ravitsemus, lepo, happisaanti, työkyky ja niin edelleen.
Lisäksi lääketiede on suunniteltu tarjoamaan kosmonauteille kunnollista apua odottamattomissa hätätilanteissa sekä suojaamaan muiden planeettojen ja tilojen tuntemattomien voimien vaikutuksilta. Se on melko vaikeaa, se vaatii paljon aikaa ja vaivaa, laajaa teoreettista pohjaa, vain uusimpien nykyaikaisten laitteiden ja lääkkeiden käyttöä.
Lisäksi lääketieteen ja fysiikan ja biologian tehtävänä on suojella astronauteja avaruusolosuhteiden fyysisiltä tekijöiltä, kuten:
- lämpötila;
- säteily;
- paine;
- meteoriitit.
Siksi kaikkien näiden tekijöiden ja ominaisuuksien tutkiminen on erittäin tärkeää.
Biologian tutkimusmenetelmät
Avaruusbiologialla, kuten kaikilla muillakin biologian tieteillä, on tietty joukko menetelmiä, jotka mahdollistavat tutkimuksen tekemisen, teoreettisen materiaalin keräämisen ja sen vahvistamisen käytännön johtopäätöksillä. Nämä menetelmät ajan myötäpysyvät ennallaan, päivitetään ja modernisoidaan nykyajan mukaisesti. Historiallisesti vakiintuneet biologian menetelmät ovat kuitenkin edelleen merkityksellisiä tähän päivään asti. Näitä ovat:
- Havainto.
- Kokeilu.
- Historiallinen analyysi.
- Kuvaus.
- Vertailu.
Nämä biologisen tutkimuksen menetelmät ovat perustavanlaatuisia, olennaisia milloin tahansa. Mutta tieteen ja teknologian, elektronisen fysiikan ja molekyylibiologian kehityksen myötä on syntynyt joukko muita. Niitä kutsutaan moderneiksi ja niillä on suurin rooli kaikkien biologis-kemiallisten, lääketieteellisten ja fysiologisten prosessien tutkimuksessa.
Modernit menetelmät
- Geenitekniikan ja bioinformatiikan menetelmät. Tämä sisältää agrobakteeri- ja ballistisen transformaation, PCR:n (polymeraasiketjureaktiot). Tämän tyyppisen biologisen tutkimuksen rooli on suuri, sillä juuri niiden avulla on mahdollista löytää ratkaisuja astronautien mukavuuteen tähtäävien raketinheittimien ja hyttien ruokinta- ja hapetusongelmaan.
- Proteiinikemian ja histokemian menetelmät. Salli kontrolloida proteiineja ja entsyymejä elävissä järjestelmissä.
- Käytetään fluoresenssimikroskopiaa, superresoluutiomikroskopiaa.
- Molekyylibiologian ja biokemian käyttö ja niiden tutkimusmenetelmät.
- Biotelemetria on menetelmä, joka on tulos insinöörien ja lääkäreiden yhdistelmästä biologisesti. Sen avulla voit hallita kaikkia työn fysiologisesti tärkeitä toimintoja.organismi etäältä käyttämällä ihmiskehon radioviestintäkanavia ja tietokonetallenninta. Avaruusbiologia käyttää tätä menetelmää perustana seuratakseen avaruusolosuhteiden vaikutuksia astronautien organismeihin.
- Biologinen osoitus planeettojen välisestä avaruudesta. Erittäin tärkeä avaruusbiologian menetelmä, jonka avulla voidaan arvioida ympäristön planeettojen välisiä tiloja, saada tietoa eri planeettojen ominaisuuksista. Lähtökohtana on eläinten käyttö sisäänrakennetuilla antureilla. Koeeläimet (hiiret, koirat, apinat) poimivat kiertorad alta tietoa, jota maantieteelliset tiedemiehet käyttävät analyyseihin ja johtopäätöksiin.
Biologisen tutkimuksen nykyaikaiset menetelmät mahdollistavat paitsi avaruusbiologian, myös yleismaailmallisten ongelmien ratkaisemisen.
Avaruusbiologian ongelmat
Kaikki luetellut biolääketieteellisen tutkimuksen menetelmät eivät valitettavasti ole vielä pystyneet ratkaisemaan kaikkia avaruusbiologian ongelmia. On monia ajankohtaisia kysymyksiä, jotka ovat edelleen kiireellisiä tähän päivään asti. Katsotaanpa avaruuslääketieteen ja -biologian tärkeimpiä haasteita.
- Valitse koulutettua henkilökuntaa avaruuslennoille, joiden terveydentila voisi täyttää kaikki lääkäreiden vaatimukset (mukaan lukien astronauttien tiukka koulutus ja lentokoulutus).
- Kunnollinen koulutustaso ja kaiken tarvittavan tarjonta työtilahenkilöstölle.
- Turvallisuuden varmistaminen kaikilta osin (mukaan lukien tuntemattomilta tai vierailta vaikutuksiltamuilta planeetoilta) työskentelevät laivat ja lentokoneen rakenteet.
- Astronautien psykofysiologinen kuntoutus maan päälle palatessaan.
- Kehitetään tapoja suojella astronautteja ja avaruusaluksia säteilyltä.
- Normaalien elinolojen varmistaminen hytissä avaruuslentojen aikana.
- Kehittyneen tietotekniikan kehittäminen ja soveltaminen avaruuslääketieteessä.
- Avaruustelelääketieteen ja biotekniikan käyttöönotto. Käyttämällä näiden tieteiden menetelmiä.
- Ratkaisu lääketieteellisiin ja biologisiin ongelmiin astronautien mukaviin lentoihin Marsiin ja muille planeetoille.
- Farmakologisten aineiden synteesi, joka ratkaisee hapen saantiongelman avaruudessa.
Kehitetyt, parannetut ja monimutkaiset biolääketieteellisen tutkimuksen menetelmät ratkaisevat varmasti kaikki tehtävät ja olemassa olevat ongelmat. Kuitenkin, milloin tämä tapahtuu, on vaikea ja melko arvaamaton kysymys.
On huomattava, että venäläisten tiedemiesten lisäksi myös kaikkien maailman maiden akateeminen neuvosto käsittelee kaikkia näitä kysymyksiä. Ja tämä on iso plussa. Loppujen lopuksi yhteiset tutkimukset ja haut antavat suhteettoman suuremman ja nopeamman positiivisen tuloksen. Tiivis globaali yhteistyö avaruusongelmien ratkaisemisessa on avain menestykseen maan ulkopuolisen avaruuden tutkimisessa.
Modernit saavutukset
Tällaisia saavutuksia on monia. Loppujen lopuksi intensiivistä työtä tehdään joka päivä, perusteellista ja huolellista, jonka avulla voit löytää enemmän ja enemmänmateriaaleja, tee johtopäätöksiä ja muotoile hypoteeseja.
Yksi 2000-luvun tärkeimmistä kosmologian löydöistä oli veden löytäminen Marsista. Tämä synnytti välittömästi kymmeniä hypoteeseja elämän olemassaolosta tai poissaolosta planeetalla, mahdollisuudesta sijoittaa maan asukkaita Marsiin ja niin edelleen.
Toinen löytö oli, että tiedemiehet ovat määrittäneet ikärajat, joiden sisällä ihminen voi olla avaruudessa mahdollisimman mukavasti ja ilman vakavia seurauksia. Tämä ikä alkaa 45 vuodesta ja päättyy noin 55-60 vuoteen. Avaruuteen menevät nuoret kärsivät psyykkisesti ja fysiologisesti erittäin äärimmäisen psyykkisesti ja fysiologisesti palatessaan maan päälle, sopeutuessaan ja rakentaen kovasti uudelleen.
Vesi löydettiin myös Kuusta (2009). Elohopeaa ja suuri määrä hopeaa löydettiin myös maapallon satelliitista.
Biologiset tutkimusmenetelmät sekä tekniset ja fysikaaliset indikaattorit antavat meille mahdollisuuden päätellä luottavaisesti, että ionisäteilyn ja altistumisen vaikutukset avaruudessa ovat vaarattomia (ei ainakaan haitallisempia kuin maapallolla).
Tieteelliset tutkimukset ovat osoittaneet, että pitkä oleskelu avaruudessa ei vaikuta astronautien fyysiseen terveyteen. Psykologiset ongelmat ovat kuitenkin edelleen olemassa.
On suoritettu tutkimuksia, jotka osoittavat, että korkeammat kasvit reagoivat eri tavalla avaruudessa olemiseen. Joidenkin kasvien siemenet tutkimuksessa eivät osoittaneet geneettisiä muutoksia. Toiset päinvastoin osoittivat ilmeisiä muodonmuutoksia molekyylitasolla.
kokemuksia,elävien organismien (nisäkkäiden) soluilla ja kudoksilla suoritetut tutkimukset osoittivat, että avaruus ei vaikuta näiden elinten normaaliin tilaan ja toimintaan.
Erilaiset lääketieteelliset tutkimukset (tomografia, magneettikuvaus, veri- ja virtsatutkimukset, kardiogrammi, tietokonetomografia ja niin edelleen) johtivat siihen johtopäätökseen, että ihmissolujen fysiologiset, biokemialliset ja morfologiset ominaisuudet pysyvät muuttumattomina avaruudessa oleskelemalla jopa 86 päivää.
Laboratorio-olosuhteissa luotiin uudelleen keinotekoinen järjestelmä, jonka avulla voit päästä mahdollisimman lähelle painottomuuden tilaa ja siten tutkia tämän tilan vaikutuksen kaikkia puolia kehoon. Tämä puolestaan mahdollisti joukon enn altaehkäiseviä toimenpiteitä, joilla estetään tämän tekijän vaikutus ihmisen lennon aikana ilman painovoimaa.
Eksobiologian tulokset ovat tietoja, jotka osoittavat orgaanisten järjestelmien olemassaolon Maan biosfäärin ulkopuolella. Toistaiseksi vain näiden oletusten teoreettinen muotoilu on tullut mahdolliseksi, mutta pian tiedemiehet aikovat hankkia myös käytännön näyttöä.
Biologien, fyysikkojen, lääkäreiden, ekologien ja kemistien tutkimuksen ansiosta ihmisen biosfääriin vaikuttavat syvät mekanismit ovat paljastuneet. Tämä oli mahdollista luomalla keinotekoisia ekosysteemejä planeetan ulkopuolelle ja kohdistamalla niihin sama vaikutus kuin maan päällä.
Tämä ei ole kaikki avaruusbiologian, kosmologian ja lääketieteen saavutukset nykyään, vaan vain tärkeimmät. Potentiaalia on paljon, jonka toteuttaminen onlueteltujen tieteiden tehtävä tulevaisuudessa.
Elämä avaruudessa
Nykyajan ideoiden mukaan elämää avaruudessa voi olla, sillä viimeaikaiset löydöt vahvistavat, että joillakin planeetoilla on sopivat olosuhteet elämän syntymiselle ja kehittymiselle. Tutkijoiden mielipiteet tästä aiheesta jakautuvat kuitenkin kahteen luokkaan:
- elämää ei ole muualla kuin Maassa, ei koskaan ollut eikä tule olemaan;
- elämää on avaruuden v altavissa avaruudessa, mutta ihmiset eivät ole vielä löytäneet sitä.
Kumpi hypoteeseista pitää paikkansa – se on jokaisen päätettävissä. Todisteita ja kumoamista on riittävästi sekä toiselle että toiselle.
