Biologia spaziale. Metodi moderni di ricerca biologica

La biologia scientifica comprende molte sezioni diverse, grandi e piccole sussidiarie della scienza. E ognuno di loro è importante non solo nella vita umana, ma nell'intero pianeta nel suo complesso.

Per il secondo secolo consecutivo, le persone stanno cercando di non impararesolo la diversità terrena della vita in tutte le sue manifestazioni, ma anche per scoprire se c'è vita al di fuori del pianeta, nelle distese cosmiche. Questi problemi riguardano una scienza speciale - la biologia spaziale. Su di lei e saranno discussi nella nostra recensione.

Sezione di scienze biologiche - biologia spaziale

Questa scienza è relativamente giovane, ma in rapida evoluzione. Gli aspetti principali dello studio sono:

I fattori dello spazio esterno e la loro influenza sugli organismi degli esseri viventi, l'attività vitale di tutti i sistemi viventi nello spazio o negli aerei.
Lo sviluppo della vita sul nostro pianeta con la partecipazione del cosmo, l'evoluzione dei sistemi viventi e la probabilità dell'esistenza di biomassa al di fuori del nostro pianeta.
Le possibilità di costruire sistemi chiusi e creare condizioni di vita reali in loro per il comodo sviluppo e la crescita di organismi nello spazio.

La medicina spaziale e la biologia sono strettamentescienze affini, studiando congiuntamente lo stato fisiologico degli esseri viventi nello spazio, la loro prevalenza negli spazi interplanetari e nell'evoluzione.

Grazie alla ricerca di queste scienze è diventato possibileselezionare le condizioni ottimali per trovare le persone nello spazio e senza causare alcun danno alla salute. Un enorme materiale è stato raccolto sull'esistenza della vita nello spazio, sulle capacità di piante e animali (unicellulari, multicellulari) di vivere e svilupparsi in assenza di peso.

Storia della scienza

Le radici della biologia cosmica risalgono all'antichitàun tempo in cui filosofi e pensatori - i naturalisti Aristotele, Eraclito, Platone e altri - osservavano il cielo stellato, cercando di rivelare l'interrelazione della Luna e del Sole con la Terra, per comprendere le ragioni della loro influenza su terre e animali agricoli.

Più tardi, nel Medioevo, iniziarono i tentativideterminare la forma della terra e spiegarne la rotazione. Per molto tempo, la teoria creata da Tolomeo era ben nota. Ha detto che la Terra è il centro dell'universo, e tutti gli altri pianeti e corpi celesti si muovono attorno ad esso (sistema geocentrico).

Tuttavia, c'era un altro scienziato, un Nicola polaccoCopernico, che ha dimostrato l'errore di queste affermazioni e ha offerto il proprio sistema eliocentrico della struttura del mondo: al centro c'è il Sole e tutti i pianeti si muovono. In questo caso, il Sole è anche una stella. Le sue opinioni furono sostenute dai seguaci di Giordano Bruno, Newton, Keplero, Galileo.

Tuttavia, è la biologia cosmica come una scienza.è apparso molto più tardi. Solo nel XX secolo, lo scienziato russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ha sviluppato un sistema che consente alle persone di penetrare in profondità cosmiche e studiarle lentamente. È giustamente considerato il padre di questa scienza. Le scoperte della fisica e dell'astrofisica, la chimica quantistica e la meccanica di Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitsa, Bogolyubov e altre hanno avuto un ruolo importante nello sviluppo della cosmobiologia.

Nuove ricerche che hanno permesso alle personefare lo stesso volo a lungo pianificato nello spazio, ci ha permesso di identificare specifiche razionalità mediche e biologiche di sicurezza e gli effetti delle condizioni extra-planetarie, che sono state formulate da Tsiolkovsky. Qual era la loro essenza?

Agli scienziati è stata fornita una giustificazione teorica per l'effetto di assenza di peso sugli organismi di mammiferi.
Ha modellato diverse opzioni per creare condizioni spaziali in laboratorio.
Ha offerto opzioni per gli astronauti per ottenere cibo e acqua con l'aiuto di piante e la circolazione di sostanze.

Così, fu Tsiolkovsky a stabilire tutti i principi fondamentali della cosmonautica, che non hanno perso la loro rilevanza oggi.

assenza di gravità

Moderna ricerca biologica sul campostudiare l'influenza di fattori dinamici sul corpo umano nelle condizioni spaziali consente di liberare il massimo degli astronauti dall'influenza negativa di questi stessi fattori.

Ci sono tre principali caratteristiche dinamiche:

vibrazioni;
accelerazione;
assenza di peso.

L'effetto più insolito e importante sul corpol'umano è precisamente assenza di peso. Questa è una condizione in cui la forza di gravità scompare e non viene sostituita da altri effetti inerziali. In questo caso, la persona perde completamente la capacità di controllare la posizione del corpo nello spazio. Questo stato inizia già negli strati inferiori del cosmo e persiste in tutto il suo spazio.

La ricerca biomedica ha dimostrato che, in uno stato di assenza di gravità, i seguenti cambiamenti si verificano nel corpo umano:

La palpitazione cardiaca sta aumentando.
I muscoli si rilassano (il tono va).
Prestazioni ridotte.
Sono possibili allucinazioni spaziali.

Una persona a gravità zero può rimanere fino a 86giorni senza danni alla salute. Ciò è stato dimostrato dall'esperienza e confermato clinicamente. Tuttavia, uno dei compiti della biologia spaziale e della medicina oggi è lo sviluppo di una serie di misure per prevenire l'effetto di assenza di peso sul corpo umano in generale, eliminare la fatica, aumentare e consolidare le normali prestazioni.

Ci sono una serie di condizioni osservate dagli astronauti per superare l'assenza di peso e mantenere il controllo del corpo:

il design dell'aeromobile rispetta rigorosamente gli standard di sicurezza necessari per i passeggeri;
i cosmonauti sono sempre accuratamente allacciati ai loro posti per evitare inaspettati voli verso l'alto;
tutti gli oggetti sulla nave hanno un luogo rigorosamente definito e sono adeguatamente protetti per evitare situazioni traumatiche;
i liquidi vengono conservati solo in contenitori sigillati e sigillati.

Al fine di ottenere buoni risultati inSuperando l'assenza di gravità, gli astronauti si sottopongono a un addestramento completo sulla Terra. Ma, sfortunatamente, mentre la moderna ricerca scientifica non consente di creare condizioni simili in laboratorio. Sul nostro pianeta per superare la forza di gravità non è possibile. È anche una delle sfide per il futuro per lo spazio e la biologia medica.

Sovraccarico nello spazio (accelerazione)

Un altro fattore importante che influiscesul corpo umano nello spazio, stanno accelerando o sovraccaricando. L'essenza di questi fattori è ridotta alla ridistribuzione disomogenea del carico sul corpo durante i forti movimenti di velocità nello spazio. Esistono due tipi principali di accelerazione:

a breve termine;
lungo.

Come dimostrato dalla ricerca biomedica, entrambe le accelerazioni sono molto importanti per influenzare lo stato fisiologico del corpo dell'astronauta.

Quindi, per esempio, durante l'azione a breve termineaccelerazioni (durano meno di 1 secondo) cambiamenti irreversibili nel corpo possono verificarsi a livello molecolare. Inoltre, se gli organi non sono addestrati, sono abbastanza deboli, c'è il rischio di rottura delle loro membrane. Tali effetti possono essere effettuati quando si separa una capsula con un astronauta nello spazio, quando la si espelle o quando si atterra su una nave in orbita.

È quindi molto importante che gli astronauti si sottopongano a una visita medica approfondita ea un certo allenamento fisico prima di un volo nello spazio.

L'accelerazione ad azione prolungata si verifica quandolancio e atterraggio del razzo, così come durante il volo in alcuni spazi spaziali dello spazio. L'effetto di tali accelerazioni sul corpo secondo i dati forniti dalla ricerca medica scientifica è il seguente:

battito cardiaco e polso rapidi;
la respirazione accelera;
nausea e debolezza, pallore della pelle;
la vista soffre, un film rosso o nero appare davanti agli occhi;
forse una sensazione di dolore alle articolazioni, agli arti;
il tono muscolare diminuisce;
la regolazione neuroumorale sta cambiando;
lo scambio di gas nei polmoni e nel corpo nel suo complesso diventa diverso;
può causare sudorazione.

Sovraccarico e assenza di gravitàGli scienziati medici a venire con modi diversi. permettendo di regolare, per addestrare gli astronauti di sopportare gli effetti di questi fattori, senza conseguenze per la salute e senza perdita di efficienza.

Uno dei modi più efficaci per allenarsiGli astronauti per accelerare - questo è un apparato per centrifuga. È in esso che si possono osservare tutti i cambiamenti che si verificano nel corpo sotto l'azione di sovraccarichi. Ti consente anche di allenarti e adattarti all'influenza di questo fattore.

Volo spaziale e medicina

I voli spaziali hanno sicuramente moltogrande impatto sulla salute delle persone, in particolare non addestrate o con malattie croniche. Pertanto, un aspetto importante è la ricerca medica di tutte le complessità del volo, tutte le reazioni del corpo agli effetti più diversi e incredibili delle forze extra-planetarie.

Volare in assenza di gravità rende modernomedicina e biologia per inventare e formulare (allo stesso tempo e implementare, ovviamente) una serie di misure per fornire agli astronauti nutrimento normale, riposo, fornitura di ossigeno, conservazione dell'efficienza e così via.

Inoltre, la medicina è progettata per fornirecosmonauti di aiuto decente in caso di situazioni di emergenza impreviste, nonché protezione dagli effetti di forze sconosciute di altri pianeti e spazi. È piuttosto difficile, richiede molto tempo e molti sforzi, una grande base teorica, l'uso delle sole attrezzature e preparazioni moderne.

Inoltre, la medicina, insieme alla fisica e alla biologia, è dedicata alla protezione degli astronauti dai fattori fisici delle condizioni spaziali, come ad esempio:

temperatura;
radiazioni;
pressione;
meteoriti.

Pertanto, lo studio di tutti questi fattori e caratteristiche è molto importante.

Metodi di ricerca in biologia

Biologia cosmica, come qualsiasi altraLa scienza biologica ha un certo insieme di metodi per condurre ricerche, accumulare materiale teorico e confermarlo con conclusioni pratiche. Questi metodi nel tempo non rimangono invariati, sono soggetti ad aggiornamenti e aggiornamenti in conformità con l'ora corrente. Tuttavia, i metodi storicamente consolidati della biologia rimangono ancora pertinenti fino ad oggi. Questi includono:

Osservazione.
Esperimento.
Analisi storica
Descrizione.
Confronta.

Questi metodi di ricerca biologica sono basilari,rilevante in ogni momento. Ma ci sono un numero di altri che sono sorti con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, della fisica elettronica e della biologia molecolare. Sono chiamati moderni e svolgono il ruolo più importante nello studio di tutti i processi biologici, chimici, medici e fisiologici.

Metodi moderni

Metodi di ingegneria genetica e bioinformatica. Questo include agrobatterico e balisticotrasformazione, PCR (reazione a catena della polimerasi). Il ruolo degli studi biologici su tale piano è grande, perché ci permettono di trovare soluzioni al problema dell'alimentazione e dell'ossigenazione dei lanciarazzi e delle cabine per un confortevole stato di astronauti.
Metodi di chimica delle proteine e istochimica. Ti permette di gestire proteine ed enzimi nei sistemi viventi.
Uso della microscopia a fluorescenzamicroscopia a superresoluzione.
Uso della biologia molecolare e della biochimica e i loro metodi di ricerca.
biotelemetria - il metodo che risulta dalla combinazioneil lavoro di ingegneri e medici su base biologica. Ti permette di controllare a distanza tutte le funzioni fisiologicamente importanti del corpo utilizzando i canali di comunicazione radio del corpo umano e il registratore computerizzato. La biologia cosmica usa questo metodo come il principale per tracciare gli effetti delle condizioni spaziali sugli organismi degli astronauti.
Indicazione biologica dello spazio interplanetario. Un metodo molto importante di biologia spaziale,consente di valutare gli stati interplanetari dell'ambiente, per ottenere informazioni sulle caratteristiche dei diversi pianeti. La base qui è l'uso di animali con sensori integrati. Si tratta di animali sperimentali (topi, cani, scimmie) che estraggono le informazioni dalle orbite, che viene utilizzato dagli scienziati della terra per analisi e conclusioni.

I moderni metodi di ricerca biologica ci permettono di risolvere problemi avanzati non solo della biologia spaziale, ma anche di quelli universali.

Problemi di biologia spaziale

Tutti i metodi elencati di biomedicola ricerca, purtroppo, non ha ancora potuto risolvere tutti i problemi della biologia spaziale. Ci sono una serie di problemi di attualità che rimangono pressanti fino ad oggi. Considerare i principali problemi affrontati dalla medicina spaziale e dalla biologia.

Selezione del personale addestrato per il volo inspazio, il cui stato di salute sarebbe in grado di soddisfare tutte le esigenze dei medici (tra cui consentirebbe agli astronauti di resistere ad un rigoroso addestramento e addestramento per il volo).
Livello di formazione e fornitura dignitoso di tutti gli equipaggi dello spazio di lavoro necessari.
Garantire la sicurezza sotto tutti gli aspetti (anche da fattori inesplorati o stranieri di altri pianeti) alle navi da lavoro e alle costruzioni di aerei.
Riabilitazione psicofisiologica degli astronauti al ritorno sulla Terra.
Sviluppo di metodi per proteggere astronauti e veicoli spaziali dalle radiazioni.
Garantire condizioni di vita normali nella cabina di guida quando si vola nello spazio.
Sviluppo e applicazione di tecnologie informatiche modernizzate nella medicina spaziale.
Introduzione della telemedicina spaziale e della biotecnologia. Usando i metodi di queste scienze.
La soluzione di problemi medici e biologici per voli confortevoli di astronauti su Marte e altri pianeti.
Sintesi di agenti farmacologici che risolveranno il problema dell'equipaggiamento dell'ossigeno nello spazio.

Sviluppato, migliorato e integrato inl'applicazione di metodi di ricerca biomedica consentirà sicuramente di risolvere tutti i compiti e i problemi esistenti. Tuttavia, quando arriva, la domanda è complessa e piuttosto imprevedibile.

Va notato che affrontando tutti questi probleminon solo gli scienziati della Russia sono impegnati, ma anche il consiglio accademico di tutti i paesi del mondo. E questo è un grande vantaggio. Dopo tutto, la ricerca e le ricerche congiunte daranno un risultato positivo sproporzionatamente più ampio e più rapido. Una stretta cooperazione mondiale nella risoluzione dei problemi spaziali è la chiave del successo nell'esplorazione dello spazio extra-planetario.

Risultati moderni

Ci sono molti risultati simili. Dopo tutto, il lavoro intensivo viene svolto quotidianamente, in modo accurato e meticoloso, che consente di trovare sempre nuovi materiali, trarre conclusioni e formulare ipotesi.

Una delle scoperte più importanti del XXI secolo diLa cosmologia è diventata la scoperta dell'acqua su Marte. Ciò ha dato origine alla nascita di dozzine di ipotesi sulla presenza o l'assenza di vita sul pianeta, sulla possibilità del reinsediamento di terrestri su Marte e così via.

Un'altra scoperta fu che gli scienziati lo eranoi limiti di età entro i quali una persona è più a suo agio e senza conseguenze gravi possono essere nello spazio sono determinati. Questa età inizia da 45 anni e termina tra i 55 e i 60 anni. I giovani che vanno nello spazio, soffrono estremamente psicologicamente e fisiologicamente al loro ritorno sulla Terra, sono difficili da adattare e ricostruire.

L'acqua è stata rilevata anche sulla luna (2009). Anche sul satellite della Terra sono stati trovati mercurio e una grande quantità di argento.

Anche metodi di ricerca biologicagli indicatori ingegneristici e fisici ci consentono di concludere in sicurezza che gli effetti delle radiazioni ioniche e delle radiazioni nello spazio sono innocui (almeno non più dannosi che sulla Terra).

Studi scientifici hanno dimostrato che una lunga permanenza nello spazio non impone un'impronta sulla salute fisica degli astronauti. Tuttavia, i problemi rimangono psicologicamente.

Gli studi sono stati condotti dimostrando cheLe piante superiori reagiscono in modo diverso rispetto allo spazio. I semi di alcune piante nello studio non hanno mostrato cambiamenti genetici. Altri, al contrario, mostravano chiare deformazioni a livello molecolare.

Esperimenti condotti su cellule e tessuti di organismi viventi (mammiferi) hanno dimostrato che il cosmo non influenza lo stato e il funzionamento normali di questi organi.

Diversi tipi di ricerca medica(tomografia, risonanza magnetica, esami del sangue e delle urine, cardiogramma, tomografia computerizzata e così via) hanno portato alla conclusione che le caratteristiche fisiologiche, biochimiche e morfologiche delle cellule umane rimangono invariate nello spazio per 86 giorni.

In laboratorio è stato ricreatoun sistema artificiale che ti permette di avvicinarti il più possibile allo stato di assenza di gravità e quindi studiare tutti gli aspetti dell'influenza di questo stato sul corpo. Ciò, a sua volta, ha permesso di sviluppare una serie di misure preventive per prevenire l'impatto di questo fattore durante un volo umano a gravità zero.

I risultati dell'esobiologia sono datiindicando la presenza di sistemi organici al di fuori della biosfera della Terra. Finora è diventata possibile solo una formulazione teorica di questi presupposti, ma presto gli scienziati prevedono di ottenere prove pratiche.

Grazie alla ricerca di biologi, fisici,Medici, ecologi e chimici hanno identificato meccanismi profondi di esposizione umana alla biosfera. Ciò è stato possibile creando ecosistemi artificiali al di fuori del pianeta ed esercitando su di essi la stessa influenza che sulla Terra.

Questi non sono tutti i risultati raggiunti oggi dalla biologia spaziale, dalla cosmologia e dalla medicina, ma solo da quelli principali. C'è un grande potenziale, la cui realizzazione è il compito delle scienze elencate per il futuro.

Vita nello spazio

Secondo i concetti moderni, la vita nello spaziopuò esistere, poiché recenti scoperte confermano l'esistenza su alcuni pianeti di condizioni adeguate per l'emergere e lo sviluppo della vita. Tuttavia, le opinioni degli scienziati in materia sono divise in due categorie:

non c'è vita da nessuna parte tranne la Terra, non c'è mai stata e non ci sarà mai;
la vita è nelle vaste distese dello spazio, ma la gente non l'ha ancora scoperto.

Quale delle ipotesi è vera è che tutti devono decidere. Le prove e la confutazione sia per l'una che per l'altra sono sufficienti.