Касмічная біялогія. Сучасныя метады біялагічных даследаванняў

Навука біялогія ўключае ў сябе масу розных раздзелаў, вялікіх і малых даччыных навук. І кожная з іх мае важнае значэнне не толькі ў жыцці чалавека, але і для ўсёй планеты ў цэлым.

Другое стагоддзе запар людзі спрабуюць вывучаць не толькі зямное разнастайнасць жыцця ва ўсіх яе праявах, але і даведацца, ці ёсць жыццё за межамі планеты, у касмічных прасторах. Гэтых пытаннях займаецца асобная навука - касмічная біялогія. Пра яе і пойдзе гаворка ў нашым аглядзе.

Раздзел біялагічнай навукі - касмічная біялогія

Дадзеная навука адносна маладая, але вельмі інтэнсіўна развіваецца. Асноўнымі аспектамі вывучэння з'яўляюцца:

1. Фактары касмічнай прасторы і іх уплыў на арганізмы жывых істот, жыццядзейнасць ўсіх жывых сістэм ва ўмовах космасу або лятальных апаратаў.
2. Развіццё жыцця на нашай планеце пры ўдзеле космасу, эвалюцыя жывых сістэм і верагоднасць існавання біямасы па-за межамі нашай планеты.
3. Магчымасці пабудовы замкнёных сістэм і стварэння ў іх сапраўдных жыццёвых умоў для камфортнага развіцця і росту арганізмаў ў касмічнай прасторы.

Касмічная медыцына і біялогія з'яўляюцца цесна звязанымі адзін з адным навукамі, сумесна вывучаюць пытанні фізіялагічнага стану жывых істот у космасе, іх распаўсюджанасці ў міжпланетных прасторах і эвалюцыі.

Дзякуючы даследаванням гэтых навук стала магчымым падбіраць аптымальныя ўмовы для знаходжання людзей у космасе, прычым не наносячы пры гэтым ніякай шкоды здароўю. Сабраны велізарны матэрыял па наяўнасці жыцця ў космасе, магчымасцям раслін і жывёл (аднаклетачных, мнагаклетачных) жыць і развівацца ў бязважкасці.

Гісторыя развіцця навукі

Карані касмічнай біялогіі сыходзяць яшчэ ў старажытны час, калі філосафы і мысляры - прыродазнаўцы Арыстоцель, Геракліт, Платон і іншыя - назіралі за зорным небам, спрабуючы выявіць ўзаемасувязь Месяца і Сонца з Зямлёй, зразумець прычыны іх уплыву на сельскагаспадарчыя ўгоддзі і жывёл.

Пазней, у сярэднія вякі, пачаліся спробы вызначэння формы Зямлі і тлумачэння яе кручэння. Доўгі час на слыху была тэорыя, створаная Пталямеем. Яна казала пра тое, што Зямля - гэта цэнтр Сусвету, а ўсе астатнія планеты і нябесныя целы рухаюцца вакол яе (геацэнтрычнай сістэма).

Аднак знайшоўся іншы навуковец, паляк Мікалай Капернік, які даказаў памылковасць гэтых сцвярджэнняў і прапанаваў сваю, геліяцэнтрычнай сістэму будовы свету: у цэнтры - Сонца, а ўсе планеты рухаюцца вакол. Пры гэтым Сонца - таксама зорка. Яго погляды падтрымлівалі паслядоўнікі Джардана Бруна, Ньютан, Кеплер, Галілей.

Аднак менавіта касмічная біялогія як навука з'явілася шмат пазней. Толькі ў XX стагоддзі рускі навуковец Канстанцін Эдуардавіч Цыялкоўскі распрацаваў сістэму, якая дазваляе людзям пранікаць у касмічныя глыбіні і паволі іх вывучаць. Яго па праве лічаць бацькам гэтай навукі. Таксама вялікую ролю ў развіцці космобиологии згулялі адкрыцці ў фізіцы і астрафізіцы, квантавай хіміі і механіцы Эйнштэйна, Бора, Планка, Ландау, Фермі, Капіцы, Багалюбава і іншых.

Новыя навуковыя даследаванні, якія дазволілі людзям здзейсніць-такі даўно плануемыя вылеты ў космас, дазволілі вылучыць канкрэтныя медыцынскія і біялагічныя абгрунтавання бяспекі і ўплыву внепланетных умоў, якія сфармуляваў Цыялкоўскі. У чым была іх сутнасць?

1. Навукоўцам было дадзена тэарэтычнае абгрунтаванне ўплыву бязважкасці на арганізмы млекакормячых.
2. Ён змадэлявалі некалькі варыянтаў стварэння ўмоў космасу ў лабараторыі.
3. Прапанаваў варыянты атрымання касманаўтамі ежы і вады пры дапамозе раслін і кругазвароту рэчываў.

Такім чынам, менавіта Цыялкоўскім былі закладзеныя ўсе асноўныя пастулаты касманаўтыкі, якія не страцілі сваёй актуальнасці і сёння.

бязважкасць

Сучасныя біялагічныя даследаванні ў галіне вывучэння ўплыву дынамічных фактараў на арганізм чалавека ва ўмовах космасу дазваляюць па максімуме пазбаўляць касманаўтаў ад негатыўнага ўплыву гэтых самых фактараў.

Вылучаюць тры галоўныя дынамічныя характарыстыкі:

• вібрацыя;
• паскарэнне;
• бязважкасць.

Самай незвычайнай і важнай па дзеянні на арганізм чалавека з'яўляецца менавіта бязважкасць. Гэта стан, пры якім знікае сіла гравітацыі і яна не замяняецца іншымі інэрцыйнымі ўздзеяннямі. Пры гэтым чалавек цалкам губляе здольнасць кантраляваць становішча цела ў прасторы. Такі стан пачынаецца ўжо ў ніжніх пластах космасу і захоўваецца ва ўсім яго прасторы.

Медыка-біялагічныя даследаванні паказалі, што ў стане бязважкасці ў арганізме чалавека адбываюцца наступныя змены:

1. Пачашчаецца сэрцабіцце.
2. Расслабляюцца мышцы (сыходзіць тонус).
3. Зніжаецца працаздольнасць.
4. Магчымыя прасторавыя галюцынацыі.

Чалавек у бязважкасці здольны знаходзіцца да 86 дзён без шкоды для здароўя. Гэта было даказана дасведчаным шляхам і пацверджана з медыцынскай пункту гледжання. Аднак адной з задач касмічнай біялогіі і медыцыны на сёння з'яўляецца распрацоўка комплексу мер па прадухіленні ўплыву бязважкасці на арганізм чалавека наогул, ліквідацыі стамляльнасці, павышэнню і замацаванню нармальнай працаздольнасці.

Існуе шэраг умоў, якія захоўваюць касманаўты для пераадолення бязважкасці і захавання кантролю над целам:

• канструкцыя лятальнага апарата строга адпавядае неабходным нормам па тэхніцы бяспекі для пасажыраў;
• касманаўты заўсёды старанна прышпіленыя да сваіх месцах з мэтай пазбягання непрадбачаных палётаў ўверх;
• ўсе прадметы на караблі маюць строга вызначанае месца і замацаваны належным чынам з мэтай пазбягання траўманебяспечных сiтуацый;
• вадкасці захоўваюцца толькі ў закрытых, герметычна упакаваных кантэйнерах.

Для таго каб дамагчыся добрых вынікаў у пераадоленні бязважкасці, касманаўты праходзяць дбайную падрыхтоўку на Зямлі. Але, на жаль, пакуль сучасныя навуковыя даследаванні не дазваляюць стварыць у лабараторыі падобныя ўмовы. На нашай планеце пераадолець сілу цяжару не ўяўляецца магчымым. Гэта таксама адна з задач на будучыню для касмічнай і медыцынскай біялогіі.

Перагрузкі ў космасе (паскарэння)

Яшчэ адным немалаважным фактарам, якія ўздзейнічаюць на арганізм чалавека, які знаходзіцца ў космасе, з'яўляюцца паскарэння, або перагрузкі. Сутнасць гэтых фактараў зводзіцца да нераўнамернага пераразмеркавання нагрузкі на цела пры моцных хуткасных рухах ў прасторы. Вылучаюць два асноўных тыпу паскарэння:

• кароткачасовае;
• доўгі.

Як паказваюць медыка-біялагічныя даследаванні, і тое, і другое паскарэнне мае вельмі важнае значэнне ў аказанні ўплыву на фізіялагічны стан арганізма касманаўта.

Так, напрыклад, пры дзеянні кароткачасовых паскарэнняў (яны доўжацца менш за 1 секунды) могуць адбыцца незваротныя змены ў арганізме на малекулярным узроўні. Таксама, калі органы не трэніравалася, досыць слабыя, ёсць рызыка разрыву іх абалонак. Такія ўздзеяння могуць ажыццяўляцца пры аддзяленні капсулы з касманаўтам у космасе, пры катапультаванні яго ці пры пасадках карабля на арбітах.

Таму вельмі важна, каб касманаўты прайшлі дбайнае медыцынскае абследаванне і пэўную фізічную падрыхтоўку перад палётам у космас.

Працягла дзеючае паскарэнне ўзнікае пры запуску і пасадцы ракеты, а таксама ў час палёту ў некаторых прасторавых месцах космасу. Дзеянне такіх паскарэнняў на арганізм па дадзеных, якія прадастаўляюць навуковыя медыцынскія даследаванні, наступнае:

• пачашчаецца сэрцабіцце і пульс;
• пачашчаецца дыханне;
• назіраецца ўзнікненне млоснасці і слабасці, бледнасць скуры;
• пакутуе зрок, перад вачамі з'яўляецца чырвоная або чорная плёнка;
• магчыма адчуванне болю ў суставах, канечнасцях;
• тонус мышачнай тканіны падае;
• нервова-ральная рэгуляцыя мяняецца;
• становіцца іншым газаабмен у лёгкіх і ў арганізме ў цэлым;
• магчыма з'яўленне потлівасці.

Перагрузкі і бязважкасць прымушаюць навукоўцаў-медыкаў прыдумляць розныя спосабы. якія дазваляюць прыстасаваць, натрэніраваць касманаўтаў, каб яны маглі вытрымліваць дзеянне гэтых фактараў без наступстваў для здароўя і без страты працаздольнасці.

Адзін з самых эфектыўных спосабаў трэніроўкі касманаўтаў на паскарэння - гэта апарат цэнтрыфуг. Менавіта ў ім можна праназіраць ўсе змены, якія адбываюцца ў арганізме пры дзеянні перагрузак. Таксама ён дазваляе натрэніравацца і прыстасавацца да ўплыву гэтага фактару.

Палёт у космас і медыцына

Палёты ў космас, безумоўна, аказваюць вельмі вялікі ўплыў на стан здароўя людзей, асабліва нетрэніраваным або якія маюць хранічныя захворванні. Таму важным аспектам з'яўляюцца медыцынскія даследаванні ўсіх тонкасцяў палёту, усіх рэакцый арганізма на самыя разнастайныя і неверагодныя ўздзеяння внепланетных сіл.

Палёт у бязважкасці прымушае сучасную медыцыну і біялогію прыдумляць і фармуляваць (разам з тым і ажыццяўляць, вядома) комплекс мер па забеспячэнню касманаўтам нармальнага харчавання, адпачынку, забеспячэння кіслародам, захавання працаздольнасці і гэтак далей.

Акрамя таго, медыцына закліканая забяспечыць касманаўтам годную дапамогу ў выпадку непрадбачаных, аварыйных сітуацый, а таксама абарону ад уздзеянняў невядомых сіл іншых планет і прастор. Гэта досыць складана, патрабуе шмат часу і сіл, вялікі тэарэтычнай базы, выкарыстання толькі найноўшага сучаснага абсталявання і прэпаратаў.

Акрамя таго, медыцына нароўні з фізікай і біялогіяй мае сваёй задачай абараніць касманаўтаў ад фізічных фактараў умоў космасу, такіх як:

• тэмпература;
• радыяцыя;
• ціск;
• метэарыты.

Таму даследаванне ўсіх гэтых фактараў і асаблівасцей мае вельмі важнае значэнне.

Метады даследаванняў у біялогіі

Касмічная біялогія, як і любая іншая біялагічная навука, валодае пэўным наборам метадаў, якія дазваляюць праводзіць даследаванні, назапашваць тэарэтычны матэрыял і пацвярджаць яго практычнымі высновамі. Гэтыя метады з цягам часу не застаюцца нязменнымі, падвяргаюцца абнаўленням і мадэрнізацыі ў адпаведнасці з бягучым часам. Аднак гістарычна якія склаліся метады біялогіі ўсё роўна застаюцца актуальнымі і па сённяшні дзень. Да іх адносяцца:

1. Назіранне.
2. Эксперымент.
3. Гістарычны аналіз.
4. Апісанне.
5. Параўнанне.

Гэтыя метады біялагічных даследаванняў базавыя, актуальныя ў любыя часы. Але існуе шэраг іншых, якія ўзніклі з развіццём навукі і тэхнікі, электроннай фізікі і малекулярнай біялогіі. Менавіта яны называюцца сучаснымі і гуляюць найбольшую ролю ў вывучэнні ўсіх біёлага-хімічных, медыцынскіх і фізіялагічных працэсах.

сучасныя метады

1. Метады геннай інжынерыі і біяінфарматыкі. Сюды адносіцца агробактериальная і балістычная трансфармацыя, ПЦР (палімеразнай ланцуговай рэакцыі). Ролю біялагічных даследаванняў такога плану вялікая, паколькі менавіта яны дазваляюць знайсці варыянты вырашэння праблемы харчавання і насычэння кіслародам ракетных установак і кабінаў для камфортнага стану касманаўтаў.
2. Метады бялковай хіміі і гистохимии. Дазваляюць кіраваць вавёркамі і ферментамі ў жывых сістэмах.
3. Выкарыстанне флуоресцентной мікраскапіі, сверхразрешающей мікраскапіі.
4. Выкарыстанне малекулярнай біялогіі і біяхіміі і іх метадаў даследавання.
5. Биотелеметрия - метад, які з'яўляецца вынікам спалучэння працы інжынераў і медыкаў на біялагічнай аснове. Ён дазваляе кантраляваць усе фізіялагічна важныя функцыі працы арганізма на адлегласці пры дапамозе радыёканалаў сувязі цела чалавека і кампутарам-рэгістратарам. Касмічная біялогія выкарыстоўвае гэты метад як асноўнай для адсочвання уздзеянняў умоў космасу на арганізмы касманаўтаў.
6. Біялагічная індыкацыя міжпланетнай прасторы. Вельмі важны метад касмічнай біялогіі, які дазваляе ацэньваць міжпланетныя стану асяроддзя, атрымліваць звесткі аб характарыстыках розных планет. Аснову тут складае прымяненне жывёл з убудаванымі датчыкамі. Менавіта падвопытныя жывёлы (мышы, сабакі, малпы) здабываюць інфармацыю з арбіт, якая выкарыстоўваецца зямнымі навукоўцамі для аналізу і высноў.

Сучасныя метады біялагічных даследаванняў дазваляюць вырашаць перадавыя задачы не толькі касмічнай біялогіі, але і агульначалавечыя.

Праблемы касмічнай біялогіі

Усе пералічаныя метады медыка-біялагічных даследаванняў, на жаль, не змаглі пакуль вырашыць усе праблемы касмічнай біялогіі. Існуе шэраг надзённых пытанняў, якія застаюцца надзённымі і па гэты дзень. Разгледзім асноўныя праблемы, з якімі сутыкаецца касмічная медыцына і біялогія.

1. Падбор падрыхтаванага персаналу для палёту ў космас, стан здароўя якога змагло б задавальняць усім патрабаванням медыкаў (у тым ліку дазволіла б касманаўтам вытрымліваць жорсткую падрыхтоўку і трэніроўкі для палётаў).
2. Годны ўзровень падрыхтоўкі і забеспячэння ўсім неабходным рабочых касмічных экіпажаў.
3. Забеспячэнне бяспекі па ўсіх параметрах (у тым ліку і ад нязведаных або іншародных фактараў ўздзеяння з іншых планет) рабочым караблям і авиаконструкциям.
4. Псіхафізілагічнага рэабілітацыя касманаўтаў пры вяртанні на Зямлю.
5. Распрацоўка спосабаў абароны касманаўтаў і касмічных караблёў ад радыяцыйнага выпраменьвання.
6. Забеспячэнне нармальных жыццёвых умоў у кабінах пры палётах у космас.
7. Распрацоўка і прымяненне мадэрнізаваных камп'ютэрных тэхналогій у касмічнай медыцыне.
8. Ўкараненне касмічнай тэлемедыцыны і біятэхналогіі. Выкарыстанне метадаў гэтых навук.
9. Рашэнне медыцынскіх і біялагічных праблем для камфортных палётаў касманаўтаў на Марс і іншыя планеты.
10. Сінтэз фармакалагічных сродкаў, якія дазволяць вырашыць праблему аснашчанасці кіслародам у космасе.

Развітыя, удасканаленыя і комплексныя ва ўжыванні метады медыка-біялагічных даследаванняў абавязкова дазволяць вырашыць усе пастаўленыя задачы і існуючыя праблемы. Аднак калі гэта будзе - пытанне складанае і даволі непрадказальны.

Варта адзначыць, што рашэннем усіх гэтых пытанняў займаюцца не толькі навукоўцы Расіі, але і вучоны савет ўсіх краін свету. І гэта вялікі плюс. Бо сумесныя даследаванні і пошукі дадуць несувымерна большы і хуткі станоўчы вынік. Цеснае сусветнае супрацоўніцтва ў вырашэнні касмічных праблем - залог поспеху ў засваенні внепланетного прасторы.

сучасныя дасягненні

Такіх дасягненняў нямала. Бо штодня праводзіцца інтэнсіўная праца, старанная і карпатлівая, якая дазваляе знаходзіць усё новыя і новыя матэрыялы, рабіць высновы і фармуляваць гіпотэзы.

Адным з галоўных адкрыццяў XXI стагоддзя ў касмалогіі стала выяўленне вады на Марсе. Гэта адразу ж дало падставу да нараджэння дзясяткаў гіпотэз аб наяўнасці або адсутнасці жыцця на планеце, пра магчымасць перасялення зямлян на Марс і гэтак далей.

Яшчэ адным адкрыццём стала тое, што навукоўцамі былі вызначаны ўзроставыя рамкі, у межах якіх чалавек максімальна камфортна і без цяжкіх наступстваў можа знаходзіцца ў космасе. Дадзены ўзрост пачынаецца ад 45 гадоў і сканчаецца прыкладна 55-60 гадамі. Маладыя людзі, якія адпраўляюцца ў космас, надзвычай моцна пакутуюць псіхалагічна і фізіялагічна па вяртанні на Зямлю, цяжка адаптуюцца і перабудоўваюцца.

Была выяўленая вада і на Месяцы (2009 г.). Таксама на спадарожніку Зямлі былі знойдзеныя ртуць і вялікая колькасць срэбра.

Метады біялагічных даследаванняў, а таксама інжынерна-фізічныя паказчыкі дазваляюць з упэўненасцю зрабіць выснову аб бясшкоднасці (па меншай меры, не большай шкоднасці, чым на Зямлі) ўздзеяння іённай радыяцыі і апрамянення ў космасе.

Навуковыя даследаванні даказалі, што доўгі знаходжанне ў космасе не патрабуе ад яго адбітак на стан фізічнага здароўя касманаўтаў. Аднак праблемы застаюцца ў псіхалагічным плане.

Былі праведзены даследаванні, якія даказваюць, што вышэйшыя расліны па-рознаму рэагуюць на знаходжанне ў касмічных прасторах. Насенне адных раслін пры даследаванні не праявілі ніякіх генетычных змяненняў. Іншыя ж, наадварот, паказалі відавочныя дэфармацыі на малекулярным узроўні.

Эксперыменты, праведзеныя на клетках і тканінах жывых арганізмаў (млекакормячых) даказалі, што космас не ўплывае на нармальны стан і функцыянаванне дадзеных органаў.

Розныя віды медыцынскіх даследаванняў (тамаграфія, МРТ, аналізы крыві і мачы, кардыяграма, кампутарная тамаграфія і гэтак далей) дазволілі зрабіць выснову аб тым, што фізіялагічныя, біяхімічныя, марфалагічныя характарыстыкі клетак чалавека застаюцца нязменнымі пры знаходжанні ў космасе да 86 дзён.

У лабараторных умовах была адноўлена штучная сістэма, якая дазваляе максімальна наблізіцца да стану бязважкасці і такім чынам вывучыць усе аспекты ўплыву гэтага стану на арганізм. Гэта дазволіла, у сваю чаргу, распрацаваць шэраг прафілактычных мер па прадухіленні ўздзеяння гэтага фактару пры палёце чалавека ў бязважкасці.

Вынікамі экзобиологии сталі дадзеныя, якія сведчаць аб наяўнасці арганічных сістэм па-за біясферы Зямлі. Пакуль стала магчымым толькі тэарэтычнае фармуляванне гэтых здагадак, аднак у хуткім часе навукоўцы плануюць здабыць і практычныя доказы.

Дзякуючы даследаванням біёлагаў, фізікаў, медыкаў, эколагаў і хімікаў былі выяўлены глыбокія механізмы ўздзеяння людзей на біясферу. Дамагчыся гэтага стала магчымым шляхам стварэння штучных экасістэм па-за планеты і аказання на іх такога ж ўплыву, як і на Зямлі.

Гэта не ўсе дасягненні касмічнай біялогіі, касмалогіі і медыцыны на сённяшні дзень, а толькі асноўныя. Існуе вялікі патэнцыял, рэалізацыя якога і ёсць задача пералічаных навук на будучыню.

Жыццё ў космасе

Па сучасных уяўленнях жыццё ў космасе можа існаваць, бо апошнія адкрыцця пацвярджаюць наяўнасць на некаторых планетах падыходных умоў для ўзнікнення і развіцця жыцця. Аднак думкі вучоных у гэтым пытанні дзеляцца на дзве катэгорыі:

• жыцця няма нідзе, акрамя Зямлі, ніколі не было і не будзе;
• жыццё ёсць у неабсяжных прасторах касмічнай прасторы, але людзі яшчэ не выявілі яе.

Якая з гіпотэз верная - вырашаць кожнаму асабіста. Доказаў і аспрэчанняў і для аднаго, і для другога дастаткова.