Bioloogiateadus sisaldab palju erinevaid sektsioone, suurte ja väikeste lasteteadusi. Ja igaüks neist on oluline mitte ainult inimeste elus, vaid kogu planeedi jaoks.
Teist sajandit järjest püüavad inimesed uurida mitte ainult elu maapealset mitmekesisust selle kõigis ilmingutes, vaid ka teada saada, kas väljaspool planeeti, avakosmoses on elu. Nende küsimustega tegeleb eriteadus – kosmosebioloogia. Seda arutatakse meie ülevaates.
Bioloogia sektsioon – kosmosebioloogia
See teadus on suhteliselt noor, kuid areneb väga intensiivselt. Õppimise peamised aspektid on järgmised:
- Kosmose tegurid ja nende mõju elusolendite organismidele, kõigi elusüsteemide elutegevusele kosmoses või lennukis.
- Elu areng meie planeedil kosmose osalusel, elussüsteemide areng ja biomassi olemasolu tõenäosus väljaspool meie planeeti.
- Suletud süsteemide ehitamise võimalused ja nendes reaalsete elutingimuste loomine mugavaksorganismide areng ja kasv kosmoses.
Kosmosemeditsiin ja bioloogia on omavahel tihed alt seotud teadused, mis uurivad ühiselt elusolendite füsioloogilist seisundit kosmoses, nende levimust planeetidevahelistes ruumides ja evolutsiooni.
Tänu nende teaduste uurimisele sai võimalikuks valida optimaalsed tingimused inimeste leidmiseks kosmoses ja ilma tervist kahjustamata. Kogutud on tohutut materjali elu olemasolust ruumis, taimede ja loomade (üherakulised, hulkraksed) võimest elada ja areneda kaaluta olekus.
Teaduse arengulugu
Kosmosebioloogia juured ulatuvad iidsetesse aegadesse, mil filosoofid ja mõtlejad – loodusteadlased Aristoteles, Herakleitos, Platon jt – jälgisid tähistaevast, püüdes tuvastada Kuu ja Päikese suhet Maaga., et mõista nende mõju põhjuseid põllumajandusmaale ja loomadele.
Hiljem, keskajal, hakati püüdma määrata Maa kuju ja selgitada selle pöörlemist. Ptolemaiose loodud teooria oli pikka aega olemas. Ta rääkis tõsiasjast, et Maa on universumi keskpunkt ning kõik teised planeedid ja taevakehad liiguvad selle ümber (geotsentriline süsteem).
Siiski oli veel üks teadlane, poolakas Nicolaus Copernicus, kes tõestas nende väidete ekslikkust ja pakkus välja oma heliotsentrilise maailmastruktuuri süsteemi: keskel on Päike ja kõik planeedid liiguvad ringi. Päike on ka täht. Tema seisukohti toetasid Giordano järgijadBruno, Newton, Kepler, Galileo.
Siiski ilmus kosmosebioloogia kui teadus palju hiljem. Alles 20. sajandil töötas vene teadlane Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski välja süsteemi, mis võimaldab inimestel tungida kosmosesügavustesse ja neid aeglaselt uurida. Teda peetakse õigusega selle teaduse isaks. Samuti mängisid kosmobioloogia arengus suurt rolli Einsteini, Bohri, Plancki, Landau, Fermi, Kapitza, Bogolyubovi ja teiste avastused füüsika ja astrofüüsika, kvantkeemia ja mehaanika vallas.
Uued teadusuuringud, mis võimaldasid inimestel teha kaua planeeritud lende kosmosesse, võimaldasid tuvastada konkreetsed meditsiinilised ja bioloogilised põhjendused Tsiolkovski sõnastatud maaväliste tingimuste ohutuse ja mõju kohta. Mis oli nende olemus?
- Teadlastele on antud teoreetiline põhjendus kaaluta oleku mõju kohta imetajate organismidele.
- Ta modelleeris laboris mitmeid ruumitingimuste variatsioone.
- Soovitatud võimalused astronautidele toidu ja vee hankimiseks taimede ja aineringluse abil.
Seega oli Tsiolkovski see, kes pani paika kõik astronautika põhipostulaadid, mis pole tänapäevalgi oma tähtsust kaotanud.
Kaalutus
Kaasaegsed bioloogilised uuringud dünaamiliste tegurite mõju uurimisel inimkehale kosmoses võimaldavad astronautidel nende samade tegurite negatiivsest mõjust maksimaalselt vabaneda.
On kolm peamist dünaamilist omadust:
- vibratsioon;
- kiirendus;
- kaaluta.
Kõige ebatavalisem ja olulisem mõju inimkehale on kaaluta olek. See on seisund, kus gravitatsioonijõud kaob ja see ei asendu muude inertsiaalsete mõjudega. Sel juhul kaotab inimene täielikult võime kontrollida keha asendit ruumis. Selline seisund algab juba kosmose alumistes kihtides ja püsib kogu selle ruumis.
Meditsiinilised ja bioloogilised uuringud on näidanud, et kaaluta olekus toimuvad inimkehas järgmised muutused:
- Südamelöögid sagenevad.
- Lihased lõdvestuvad (toonus kaob).
- Vähenenud jõudlus.
- Võimalikud ruumilised hallutsinatsioonid.
Kaaluta olev inimene suudab püsida kuni 86 päeva ilma tervist kahjustamata. See on empiiriliselt tõestatud ja meditsiinilisest seisukohast kinnitatud. Kosmosebioloogia ja -meditsiini üks ülesandeid tänapäeval on aga välja töötada meetmete kogum, et ennetada kaaluta oleku mõju inimkehale üldiselt, kõrvaldada väsimust, suurendada ja kindlustada normaalset töövõimet.
Astronaudid järgivad mitmeid tingimusi, et ületada kaaluta olek ja säilitada kontroll keha üle:
- lennuki konstruktsioon vastab rangelt reisijate jaoks vajalikele ohutusstandarditele;
- astronaudid on alati hoolik alt istmele kinnitatud, et vältida ettenägematuid üleslende;
- kõik laeval olevad kaubad on rangeltfikseeritud kohas ja korralikult kinnitatud, et vältida vigastusi;
- Vedelikke säilitatakse ainult suletud, suletud anumates.
Selleks, et saavutada häid tulemusi kaaluta oleku ületamisel, läbivad astronaudid Maal põhjaliku väljaõppe. Kuid kahjuks ei võimalda tänapäevased teadusuuringud laboris selliseid tingimusi luua. Meie planeedil ei ole võimalik gravitatsioonijõust üle saada. See on ka üks kosmose- ja meditsiinibioloogia tulevasi väljakutseid.
G-jõud ruumis (kiirendused)
Teine oluline inimkeha kosmoses mõjutav tegur on kiirendus ehk ülekoormus. Nende tegurite olemus taandub keha koormuse ebaühtlasele ümberjaotumisele tugevate kiirete liikumiste ajal ruumis. Kiirendusi on kahte peamist tüüpi:
- lühiajaline;
- pikk.
Nagu biomeditsiinilised uuringud näitavad, on mõlemad kiirendused väga olulised astronaudi keha füsioloogilise seisundi mõjutamisel.
Nii näiteks lühiajaliste kiirenduste toimel (need kestavad alla 1 sekundi) võivad kehas tekkida pöördumatud muutused molekulaarsel tasemel. Samuti, kui elundid ei ole treenitud, piisav alt nõrgad, tekib nende membraanide rebenemise oht. Selliseid mõjutusi saab läbi viia kapsli eraldamisel astronaudiga kosmoses, tema väljutamise ajalvõi kui laev orbiidil maandub.
Seetõttu on väga oluline, et astronaudid läbiksid enne kosmosesse lendamist põhjaliku tervisekontrolli ja teatud füüsilise ettevalmistuse.
Pikatoimeline kiirendus ilmneb raketi stardi ja maandumise ajal, aga ka lennu ajal mõnes ruumilises ruumis. Teaduslike meditsiiniliste uuringute andmetel on selliste kiirenduste mõju kehale järgmine:
- südamelöögid ja pulss kiirenevad;
- hingamine kiireneb;
- esineb iiveldus ja nõrkus, kahvatu nahk;
- nägemine kannatab, silmade ette ilmub punane või must kile;
- võib tunda valu liigestes, jäsemetes;
- lihaskoe toonus langeb;
- neuromoraalse regulatsiooni muudatused;
- gaasivahetus kopsudes ja kehas tervikuna muutub erinevaks;
- võib põhjustada higistamist.
G-jõud ja kaaluta olek sunnivad arstiteadlasi leidma erinevaid viise. võimaldades kohaneda, koolitada astronaute nii, et nad suudaksid nende tegurite mõjule vastu pidada ilma tervisemõjudeta ja tõhusust kaotamata.
Üks tõhusamaid viise astronautide kiirendamiseks koolitamiseks on tsentrifuugiseade. Just selles saate jälgida kõiki muutusi, mis kehas ülekoormuse mõjul toimuvad. See võimaldab teil ka treenida ja selle teguri mõjuga kohaneda.
Kosmoselennud ja meditsiin
Kosmoselendudel on kindlasti väga suur mõju inimeste tervisele, eriti nende, kes on treenimata või kellel on kroonilised haigused. Seetõttu on oluline aspekt meditsiiniline uurimine, mis käsitleb kõiki lennu peensusi, kõiki keha reaktsioone maaväliste jõudude kõige erinevamatele ja uskumatumatele mõjudele.
Lendamine kaaluta olekus sunnib kaasaegset meditsiini ja bioloogiat leiutama ja sõnastama (samal ajal muidugi rakendama) meetmete kogumit, et tagada astronautidele normaalne toitumine, puhkus, hapnikuga varustamine, töövõime ja nii edasi.
Lisaks on meditsiin loodud selleks, et pakkuda kosmonautidele korralikku abi ettenägematute hädaolukordade korral, samuti kaitset teiste planeetide ja kosmoste tundmatute jõudude mõju eest. See on üsna raske, nõuab palju aega ja vaeva, suurt teoreetilist baasi, ainult uusimate kaasaegsete seadmete ja ravimite kasutamist.
Lisaks on meditsiinil koos füüsika ja bioloogiaga ülesanne kaitsta astronaute kosmosetingimuste füüsiliste tegurite eest, näiteks:
- temperatuur;
- kiirgus;
- rõhk;
- meteoriidid.
Seetõttu on kõigi nende tegurite ja funktsioonide uurimine väga oluline.
Uurimismeetodid bioloogias
Kosmosebioloogial, nagu igal teisel bioloogiateadusel, on teatud meetodite kogum, mis võimaldab läbi viia uuringuid, koguda teoreetilist materjali ja kinnitada seda praktiliste järeldustega. Need meetodid aja jooksuljäävad muutumatuks, ajakohastatakse ja kaasajastatakse vastav alt praegusele ajale. Ajalooliselt väljakujunenud bioloogia meetodid on aga endiselt aktuaalsed tänapäevani. Nende hulka kuuluvad:
- Vaatlus.
- Katse.
- Ajalooline analüüs.
- Kirjeldus.
- Võrdlus.
Need bioloogiliste uuringute meetodid on põhilised ja asjakohased igal ajal. Kuid teaduse ja tehnoloogia, elektroonilise füüsika ja molekulaarbioloogia arenguga on tekkinud mitmeid teisi. Neid nimetatakse kaasaegseteks ja neil on suurim roll kõigi bioloogilis-keemiliste, meditsiiniliste ja füsioloogiliste protsesside uurimisel.
Kaasaegsed meetodid
- Geenitehnoloogia ja bioinformaatika meetodid. See hõlmab agrobakteriaalset ja ballistilist transformatsiooni, PCR-i (polümeraasi ahelreaktsioonid). Sedalaadi bioloogiliste uuringute roll on suur, kuna just nende abil on võimalik leida lahendusi astronautide mugavuse huvides raketiheitjate ja kajutite toitmise ja hapnikuga varustamise probleemile.
- Valgukeemia ja histokeemia meetodid. Võimaldab kontrollida valke ja ensüüme elussüsteemides.
- Fluorestsentsmikroskoopia ja ülilahutusvõimega mikroskoopia kasutamine.
- Molekulaarbioloogia ja biokeemia ning nende uurimismeetodite kasutamine.
- Biotelemeetria on meetod, mis on inseneride ja arstide bioloogilisel alusel koostatud töö tulemus. See võimaldab teil kontrollida kõiki töö füsioloogiliselt olulisi funktsioone.organism eem alt, kasutades inimkeha raadiosidekanaleid ja arvutisalvestit. Kosmosebioloogia kasutab seda meetodit kosmosetingimuste mõju jälgimiseks astronautide organismidele.
- Planeetidevahelise ruumi bioloogiline näitaja. Väga oluline kosmosebioloogia meetod, mis võimaldab hinnata keskkonna planeetidevahelisi seisundeid, saada teavet erinevate planeetide omaduste kohta. Siin on aluseks sisseehitatud anduritega loomade kasutamine. Just katseloomad (hiired, koerad, ahvid) ammutavad orbiitidelt teavet, mida maapealsed teadlased kasutavad analüüsiks ja järelduste tegemiseks.
Kaasaegsed bioloogiliste uuringute meetodid võimaldavad lahendada mitte ainult kosmosebioloogia, vaid ka universaalseid probleeme.
Kosmosebioloogia probleemid
Kõik loetletud biomeditsiiniliste uuringute meetodid ei ole kahjuks veel suutnud kõiki kosmosebioloogia probleeme lahendada. On mitmeid aktuaalseid teemasid, mis on aktuaalsed tänaseni. Heitkem pilk kosmosemeditsiini ja -bioloogia peamistele väljakutsetele.
- Kosmoselendudeks koolitatud personali valimine, kelle tervislik seisund võiks vastata kõigile arstide nõuetele (sealhulgas võimaldada astronautidel taluda ranget väljaõpet ja väljaõpet lendudeks).
- Korralikul tasemel väljaõpe ja tööruumide brigaadidele kõige vajalikuga varustamine.
- Ohutuse tagamine igas mõttes (kaasa arvatud tundmatute või võõraste mõjutegurite eestteistelt planeetidelt) töötavad laevad ja lennukistruktuurid.
- Astronautide psühholoogilis-füsioloogiline rehabilitatsioon pärast Maale naasmist.
- Astronautide ja kosmoselaevade kiirguse eest kaitsmise viiside väljatöötamine.
- Tagame kajutites normaalsed elutingimused kosmoselendude ajal.
- Täiustatud arvutitehnoloogia arendamine ja rakendamine kosmosemeditsiinis.
- Kosmose telemeditsiini ja biotehnoloogia tutvustus. Kasutades nende teaduste meetodeid.
- Meditsiiniliste ja bioloogiliste probleemide lahendus astronautide mugavaks lennuks Marsile ja teistele planeetidele.
- Farmakoloogiliste ainete süntees, mis lahendab hapnikuvarustuse probleemi kosmoses.
Biomeditsiiniliste uuringute väljatöötatud, täiustatud ja keerukad rakendusmeetodid lahendavad kindlasti kõik ülesanded ja olemasolevad probleemid. Kuid millal see juhtub, on keeruline ja üsna ettearvamatu küsimus.
Tuleb märkida, et kõigi nende probleemidega ei tegele mitte ainult Venemaa teadlased, vaid ka kõigi maailma riikide akadeemiline nõukogu. Ja see on suur pluss. Ühised uuringud ja otsingud annavad ju ebaproportsionaalselt suurema ja kiirema positiivse tulemuse. Tihe ülemaailmne koostöö kosmoseprobleemide lahendamisel on maavälise kosmose uurimise edu võti.
Moodsad saavutused
Selliseid saavutusi on palju. Iga päev käib ju intensiivne töö, põhjalik ja vaevarikas, mis võimaldab leida aina juurdematerjale, teha järeldusi ja sõnastada hüpoteese.
Üks 21. sajandi tähtsamaid avastusi kosmoloogias oli vee avastamine Marsil. See tekitas kohe kümneid hüpoteese elu olemasolu või puudumise kohta planeedil, maalaste Marsile ümberasumise võimaluse kohta jne.
Teine avastus oli see, et teadlased on kindlaks määranud vanusepiirid, mille jooksul inimene saab kosmoses viibida võimalikult mugav alt ja ilma tõsiste tagajärgedeta. See vanus algab 45-aastaselt ja lõpeb umbes 55-60-aastaselt. Kosmosesse suunduvad noored kannatavad Maale naastes psühholoogiliselt ja füsioloogiliselt äärmiselt raskelt kohanedes ja uuesti üles ehitades.
Vett avastati ka Kuul (2009). Maa satelliidilt leiti ka elavhõbedat ja suur kogus hõbedat.
Bioloogilised uurimismeetodid, aga ka tehnilised ja füüsikalised näitajad võimaldavad kindl alt järeldada, et ioonide kiirguse ja kokkupuute mõju kosmoses on kahjutu (vähem alt mitte kahjulikum kui Maal).
Teaduslikud uuringud on tõestanud, et pikk kosmoses viibimine ei mõjuta astronautide füüsilist tervist. Psühholoogilised probleemid jäävad aga alles.
On tehtud uuringuid, mis tõestavad, et kõrgemad taimed reageerivad kosmoses viibimisele erinev alt. Mõnede uuringus osalenud taimede seemned ei näidanud mingeid geneetilisi muutusi. Teised, vastupidi, näitasid ilmseid deformatsioone molekulaarsel tasemel.
Kogemused,elusorganismide (imetajate) rakkudel ja kudedel läbi viidud uuringud tõestasid, et ruum ei mõjuta nende elundite normaalset seisundit ja talitlust.
Erinevad meditsiinilised uuringud (tomograafia, MRI, vere- ja uriinianalüüsid, kardiogramm, kompuutertomograafia ja nii edasi) viisid järeldusele, et inimrakkude füsioloogilised, biokeemilised ja morfoloogilised omadused jäävad kosmoses viibimisel muutumatuks. kuni 86 päeva.
Laboratoorsetes tingimustes taasloodi kunstlik süsteem, mis võimaldab jõuda kaaluta olekule võimalikult lähedale ja seeläbi uurida selle seisundi mõju kehale kõiki aspekte. See omakorda võimaldas välja töötada mitmeid ennetavaid meetmeid, et vältida selle teguri mõju inimesele nullgravitatsiooniga lennu ajal.
Eksobioloogia tulemused on andmed, mis näitavad orgaaniliste süsteemide olemasolu väljaspool Maa biosfääri. Seni on saanud võimalikuks vaid nende oletuste teoreetiline sõnastamine, kuid peagi plaanivad teadlased hankida ka praktilisi tõendeid.
Tänu bioloogide, füüsikute, arstide, ökoloogide ja keemikute uuringutele on selgunud sügavad mehhanismid inimese mõjul biosfäärile. See sai võimalikuks, luues planeedilt välja tehisökosüsteeme ja avaldades neile samasugust mõju kui Maal.
See pole kõik kosmosebioloogia, kosmoloogia ja meditsiini saavutused tänapäeval, vaid ainult peamised. Potentsiaali on palju, mille rakendamine onloetletud teaduste ülesanne tulevikuks.
Elu kosmoses
Kaasaegsete ideede kohaselt võib elu kosmoses eksisteerida, kuna hiljutised avastused kinnitavad, et mõnel planeedil on elu tekkeks ja arenguks sobivad tingimused. Kuid teadlaste arvamused selles küsimuses jagunevad kahte kategooriasse:
- elu pole kusagil peale Maa, pole kunagi olnud ega tule kunagi;
- ilmaruumi tohututes avarustes eksisteerib elu, kuid inimesed pole seda veel avastanud.
Kumb hüpoteesidest on õige – see on igaühe enda otsustada. Nii ühe kui ka teise jaoks on piisav alt tõendeid ja ümberlükkamist.
