Space Biology. Moderne methoden voor biologisch onderzoek

Wetenschapsbiologie omvat veel verschillende secties, grote en kleine dochterondernemingen van de wetenschap. En elk van hen is niet alleen belangrijk in het menselijk leven, maar voor de hele planeet als geheel.

Voor de tweede eeuw op rij proberen mensen niet te lerenalleen de aardse diversiteit van het leven in al zijn verschijningsvormen, maar ook om erachter te komen of er leven is buiten de planeet, in de kosmische uitgestrektheid. Deze kwesties hebben betrekking op een speciale wetenschap - ruimtebiologie. Over haar en zal worden besproken in onze review.

Sectie biologische wetenschap - ruimtebiologie

Deze wetenschap is relatief jong, maar ontwikkelt zich snel. De belangrijkste aspecten van het onderzoek zijn:

De factoren van de ruimte en hun invloed op de organismen van levende wezens, de vitale activiteit van alle levende systemen in de ruimte of in vliegtuigen.
De ontwikkeling van het leven op onze planeet met deelname van de kosmos, de evolutie van levende systemen en de waarschijnlijkheid van het bestaan van biomassa buiten onze planeet.
De mogelijkheden van het bouwen van gesloten systemen en het creëren van leefomstandigheden in hen voor de comfortabele ontwikkeling en groei van organismen in de ruimte.

Ruimtegeneeskunde en biologie zijn nauwgerelateerde wetenschappen, die samen de fysiologische toestand van levende wezens in de ruimte bestuderen, hun prevalentie in interplanetaire ruimten en evolutie.

Dankzij het onderzoek van deze wetenschappen werd het mogelijkselecteer de optimale omstandigheden om mensen in de ruimte te vinden en zonder de gezondheid te schaden. Er is een enorme hoeveelheid materiaal verzameld over het bestaan van het leven in de ruimte, de mogelijkheden van planten en dieren (eencellig, multicellulair) om te leven en zich te ontwikkelen in gewichtloosheid.

Geschiedenis van de wetenschap

De wortels van de kosmische biologie gaan terug naar het oudeeen tijd waarin filosofen en denkers - naturalisten Aristoteles, Heraclitus, Plato en anderen - naar de sterrenhemel keken, in een poging om de onderlinge relatie tussen de maan en de zon met de aarde te onthullen, om de redenen voor hun invloed op landbouwgronden en dieren te begrijpen.

Later, in de middeleeuwen, begonnen er pogingenhet bepalen van de vorm van de aarde en het verklaren van zijn rotatie. Lange tijd was de theorie die door Ptolemaeus was ontwikkeld goed bekend. Ze zei dat de aarde het centrum van het universum is en dat alle andere planeten en hemellichamen er omheen bewegen (geocentrisch systeem).

Er was echter nog een andere wetenschapper, een Poolse NicholasCopernicus, die de misvatting van deze uitspraken bewees en zijn eigen, heliocentrische systeem van de structuur van de wereld aanbood: in het midden staat de zon en alle planeten bewegen rond. In dit geval is de zon ook een ster. Zijn opvattingen werden gesteund door de volgelingen van Giordano Bruno, Newton, Kepler, Galileo.

Het is echter kosmische biologie als een wetenschap.verscheen veel later. Pas in de 20ste eeuw ontwikkelde de Russische wetenschapper Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky een systeem dat mensen in de kosmische diepten laat doordringen en langzaam bestudeert. Hij wordt terecht beschouwd als de vader van deze wetenschap. De ontdekkingen in fysica en astrofysica, kwantumchemie en mechanica van Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitsa, Bogolyubov en anderen speelden ook een grote rol in de ontwikkeling van de cosmobiologie.

Nieuw onderzoek dat mensen toestondom dezelfde lang geplande vluchten naar de ruimte te maken, stelde ons in staat om specifieke medische en biologische rationele veiligheidsstandaarden en de effecten van extra-planetaire omstandigheden te identificeren, die geformuleerd werden door Tsiolkovsky. Wat was hun essentie?

Wetenschappers kregen een theoretische rechtvaardiging voor het effect van gewichtloosheid op zoogdierorganismen.
Hij modelleerde verschillende opties voor het creëren van ruimtevoorwaarden in het laboratorium.
Hij bood opties aan voor astronauten om voedsel en water te verkrijgen met behulp van planten en de circulatie van stoffen.

Dus, het was Tsiolkovsky die alle basisprincipes van de ruimtevaarttechniek vastlegde, die hun relevantie vandaag niet hebben verloren.

gewichtloosheid

Modern biologisch onderzoek in het veldBestudering van de invloed van dynamische factoren op het menselijk lichaam in ruimtelijke omstandigheden maakt het mogelijk dat de maximale astronauten worden bevrijd van de negatieve invloed van deze factoren.

Er zijn drie belangrijke dynamische kenmerken:

trillingen;
versnelling;
gewichtloosheid.

Het meest ongewone en belangrijke effect op het lichaammens is precies gewichtloosheid. Dit is een toestand waarin de zwaartekracht verdwijnt en niet wordt vervangen door andere trage effecten. In dit geval verliest de persoon volledig het vermogen om de positie van het lichaam in de ruimte te regelen. Zo'n staat begint in de lagere lagen van de kosmos en wordt in de hele ruimte bewaard.

Biomedisch onderzoek heeft aangetoond dat in een toestand van gewichtloosheid de volgende veranderingen optreden in het menselijk lichaam:

Hartkloppingen nemen toe.
Spieren ontspannen (toon gaat).
Minder prestaties.
Ruimtelijke hallucinaties zijn mogelijk.

Een persoon in zwaartekracht kan maximaal 86 blijvendagen zonder schade aan de gezondheid. Dit is bewezen door ervaring en medisch bevestigd. Een van de taken van de ruimtebiologie en de geneeskunde van vandaag is echter de ontwikkeling van een reeks maatregelen om het effect van gewichtloosheid op het menselijk lichaam in het algemeen te voorkomen, vermoeidheid weg te nemen, het normale functioneren te verhogen en te consolideren.

Er zijn een aantal voorwaarden die astronauten observeren om gewichtloosheid te overwinnen en lichaamsbesturing in stand te houden:

het ontwerp van het vliegtuig voldoet strikt aan de noodzakelijke veiligheidsnormen voor passagiers;
kosmonauten worden altijd zorgvuldig op hun stoelen bevestigd om onverwachte vluchten naar boven te voorkomen;
alle items op het schip hebben een strikt gedefinieerde plaats en zijn goed beveiligd om traumatische situaties te voorkomen;
vloeistoffen worden alleen opgeslagen in afgesloten, goed verpakte containers.

Om goede resultaten te behalen inDoor het overwinnen van gewichtloosheid ondergaan astronauten een grondige training op aarde. Maar helaas, terwijl het moderne wetenschappelijke onderzoek het niet mogelijk maakt om dergelijke omstandigheden in het laboratorium te creëren. Op onze planeet is het niet mogelijk om de zwaartekracht te overwinnen. Het is ook een van de taken voor de toekomst voor ruimte en medische biologie.

Overbelasting in de ruimte (versnelling)

Een andere belangrijke factor die van invloed isop het menselijk lichaam in de ruimte, versnellen of overbelasten. De essentie van deze factoren wordt gereduceerd tot de ongelijke herverdeling van de belasting van het lichaam tijdens sterke snelheidsbewegingen in de ruimte. Er zijn twee hoofdtypen versnelling:

korte termijn;
langdurig.

Zoals aangetoond door biomedisch onderzoek, zijn beide versnellingen van groot belang bij het beïnvloeden van de fysiologische toestand van het lichaam van de astronaut.

Dus bijvoorbeeld tijdens de actie van korte termijnversnellingen (ze duren minder dan 1 seconde) onomkeerbare veranderingen in het lichaam kunnen op moleculair niveau optreden. Ook als de organen niet zijn getraind, zijn ze zwak genoeg, bestaat het risico van breuk van hun vliezen. Dergelijke effecten kunnen worden uitgevoerd wanneer een capsule met een astronaut in de ruimte wordt gescheiden, wanneer deze wordt uitgeworpen of wanneer een schip in banen wordt geland.

Het is daarom erg belangrijk dat astronauten een grondig medisch onderzoek en bepaalde fysieke training ondergaan voordat ze naar de ruimte vliegen.

Lang werkende versnelling treedt op wanneerlancering en landing van een raket, evenals tijdens de vlucht in sommige ruimtelijke plaatsen van ruimte. Het effect van dergelijke versnellingen op het lichaam volgens de gegevens van wetenschappelijk medisch onderzoek is als volgt:

snelle hartslag en hartslag;
ademhaling versnelt;
misselijkheid en zwakte, bleekheid van de huid;
het zicht lijdt, een rode of zwarte film verschijnt voor de ogen;
misschien een gevoel van pijn in de gewrichten, ledematen;
spierspanning vermindert;
neurohumorale regulatie verandert;
gasuitwisseling in de longen en in het lichaam als geheel wordt anders;
kan zweten veroorzaken.

Overload en gewichtloosheid makenmedische wetenschappers bedenken verschillende manieren. astronauten kunnen aanpassen, trainen zodat ze de werking van deze factoren kunnen weerstaan zonder gezondheidseffecten en zonder verlies van efficiëntie.

Een van de meest effectieve manieren om te trainenDe astronauten bij acceleratie is een centrifuge-apparaat. Daarin kunnen alle veranderingen worden waargenomen die zich in het lichaam voordoen als gevolg van overbelasting. Het stelt je ook in staat om te trainen en je aan te passen aan de invloed van deze factor.

Ruimtevlucht en medicijnen

Ruimtevluchten hebben zeker een zeergrote impact op de gezondheid van mensen, vooral ongetraind of met chronische ziekten. Daarom is een belangrijk aspect medisch onderzoek van alle fijne kneepjes van de vlucht, alle lichaamsreacties op de meest uiteenlopende en ongelooflijke effecten van extra-planetaire krachten.

Vliegen in gewichtloosheid maakt moderngeneeskunde en biologie om een reeks maatregelen uit te denken en te formuleren (tegelijkertijd en te implementeren) om astronauten te voorzien van normale voeding, rust, zuurstoftoevoer, behoud van efficiëntie, enzovoort.

Bovendien is medicijnen ontworpen om te voorzienkosmonauten behoorlijke hulp bij onvoorziene noodsituaties, evenals bescherming tegen de effecten van onbekende krachten van andere planeten en ruimten. Het is vrij moeilijk, vereist veel tijd en moeite, een grote theoretische basis, het gebruik van alleen de nieuwste moderne apparatuur en voorbereidingen.

Daarnaast is de geneeskunde, samen met de natuurkunde en biologie, gericht op het beschermen van astronauten tegen de fysieke factoren van ruimtecondities, zoals:

temperatuur;
straling;
druk;
meteorieten.

Daarom is de studie van al deze factoren en functies erg belangrijk.

Onderzoeksmethoden in de biologie

Kosmische biologie, zoals elke andereBiologische wetenschap heeft een bepaald aantal methoden om onderzoek te doen, theoretisch materiaal te verzamelen en te bevestigen met praktische conclusies. Deze methoden blijven in de loop van de tijd niet ongewijzigd, zijn onderhevig aan updates en upgrades in overeenstemming met de huidige tijd. De historisch vastgestelde methoden van biologie blijven echter nog steeds relevant voor deze dag. Deze omvatten:

Observatie.
Experiment.
Historische analyse.
Beschrijving.
Vergelijk.

Deze biologische onderzoeksmethoden zijn eenvoudig,relevant te allen tijde. Maar er zijn een aantal andere die zijn ontstaan met de ontwikkeling van wetenschap en technologie, elektronische fysica en moleculaire biologie. Ze worden modern genoemd en spelen de grootste rol in de studie van alle biologische, chemische, medische en fysiologische processen.

Moderne methoden

Methoden van genetische manipulatie en bio-informatica. Dit omvat agrobacterieel en ballistischtransformatie, PCR (polymerasekettingreactie). De rol van biologische studies van een dergelijk plan is geweldig, omdat ze ons in staat stellen om oplossingen te vinden voor het probleem van voeding en oxygenatie van raketwerpers en hutten voor het comfort van astronauten.
Methoden van eiwitchemie en histochemie. Hiermee kunt u eiwitten en enzymen beheren in levende systemen.
Gebruik van fluorescentiemicroscopie, superresolutie microscopie.
Gebruik van moleculaire biologie en biochemie en hun onderzoeksmethoden.
biotelemetrie - de methode die uit de combinatie resulteerthet werk van ingenieurs en artsen op biologische basis. Hiermee kunt u alle fysiologisch belangrijke functies van het lichaam op afstand besturen via radiocommunicatiekanalen van het menselijk lichaam en de computerrecorder. Kosmische biologie gebruikt deze methode als de belangrijkste om de effecten van ruimtecondities op organismen van astronauten te volgen.
Biologische indicatie van interplanetaire ruimte. Een zeer belangrijke methode van de ruimtebiologie,laat toe om de interplanetaire toestanden van de omgeving te evalueren, om informatie te verkrijgen over de karakteristieken van verschillende planeten. De basis hier is het gebruik van dieren met ingebouwde sensoren. Het zijn experimentele dieren (muizen, honden, apen) die informatie uit banen halen, die door aardwetenschappers worden gebruikt voor analyse en conclusies.

Moderne methoden van biologisch onderzoek stellen ons in staat om geavanceerde problemen op te lossen, niet alleen van de ruimtebiologie, maar ook van de universele.

Problemen met de ruimtebiologie

Alle vermelde methoden van biomedischOnderzoek kon helaas nog niet alle problemen van de ruimtebiologie oplossen. Er zijn een aantal actuele kwesties die tot op de dag van vandaag blijven bestaan. Overweeg de belangrijkste problemen van ruimteageneeskunde en biologie.

Selectie van opgeleid personeel voor vlucht inruimte, waarvan de gezondheidstoestand in staat zou zijn aan alle eisen van artsen te voldoen (onder meer zouden astronauten bestand zijn tegen strenge training en training voor vluchten).
Fatsoenlijk niveau van training en levering van alle noodzakelijke werkruimteteams.
Zorgen voor veiligheid in alle opzichten (inclusief van onontdekte of buitenlandse factoren van andere planeten) tot werkende schepen en vliegtuigconstructies.
Psychofysiologische revalidatie van astronauten bij terugkeer naar de aarde.
Ontwikkeling van methoden om astronauten en ruimtevaartuigen te beschermen tegen straling.
Zorgen voor normale leefomstandigheden in de cockpit wanneer u in de ruimte vliegt.
Ontwikkeling en toepassing van gemoderniseerde computertechnologieën in de ruimtevaart.
Introductie van ruimtetelemedicine en biotechnologie. Gebruikmakend van de methoden van deze wetenschappen.
De oplossing van medische en biologische problemen voor comfortabele vluchten van astronauten naar Mars en andere planeten.
Synthese van farmacologische middelen die het probleem van zuurstofapparatuur in de ruimte zullen oplossen.

Ontwikkeld, verbeterd en geïntegreerd intoepassing van methoden van biomedisch onderzoek zal het zeker mogelijk maken om alle taken en bestaande problemen op te lossen. Wanneer het echter komt, is de vraag complex en nogal onvoorspelbaar.

Opgemerkt moet worden dat door het aanpakken van al deze problemenniet alleen Russische wetenschappers zijn geëngageerd, maar ook de academische raad van alle landen van de wereld. En dit is een groot pluspunt. Gezamenlijk onderzoek en zoeken zullen immers een onevenredig groter en sneller positief resultaat opleveren. Nauwe samenwerking ter wereld bij het oplossen van ruimtevraagstukken is de sleutel tot succes bij de verkenning van buitenplaneetachtige ruimte.

Moderne prestaties

Er zijn veel van dergelijke prestaties. Er wordt immers dagelijks intensief en intensief gewerkt, waardoor u steeds meer nieuwe materialen kunt vinden, conclusies kunt trekken en hypothesen kunt formuleren.

Een van de belangrijkste ontdekkingen van de XXI eeuw inKosmologie is de detectie van water op Mars geworden. Dit leidde meteen tot de geboorte van tientallen hypotheses over de aanwezigheid of afwezigheid van het leven op de planeet, over de mogelijkheid van hervestiging van aardbewoners naar Mars, enzovoort.

Een andere ontdekking was dat wetenschappers dat warende leeftijdsgrenzen waarbinnen iemand zich het prettigst voelt en zonder ernstige gevolgen in de ruimte kan zijn, worden bepaald. Deze leeftijd begint vanaf 45 jaar en eindigt rond de 55-60 jaar. Jongeren die de ruimte ingaan, extreem psychologisch en fysiologisch lijden bij hun terugkeer op aarde, ze zijn moeilijk aan te passen en opnieuw op te bouwen.

Water werd ook op de maan gedetecteerd (2009). Ook op de satelliet van de aarde werden kwik en een grote hoeveelheid zilver gevonden.

Biologische onderzoeksmethoden ookTechnische en fysieke indicatoren stellen ons in staat om veilig te concluderen dat de effecten van ionische straling en straling in de ruimte onschadelijk zijn (tenminste niet schadelijker dan op aarde).

Wetenschappelijke studies hebben aangetoond dat een lang verblijf in de ruimte geen invloed heeft op de fysieke gezondheid van astronauten. Problemen blijven echter psychologisch.

Er zijn studies uitgevoerd die dat bewijzenHogere planten reageren anders dan in de ruimte. De zaden van sommige planten in het onderzoek vertoonden geen genetische veranderingen. Anderen daarentegen vertoonden duidelijke vervormingen op moleculair niveau.

Experimenten die zijn uitgevoerd op cellen en weefsels van levende organismen (zoogdieren) hebben aangetoond dat de kosmos geen invloed heeft op de normale toestand en het functioneren van deze organen.

Verschillende soorten medisch onderzoek(tomografie, MRI, bloed- en urinetests, cardiogram, computertomografie enzovoort) leidden tot de conclusie dat de fysiologische, biochemische, morfologische kenmerken van menselijke cellen onveranderd blijven gedurende 86 dagen in de ruimte.

In het lab werd opnieuw gemaakteen kunstmatig systeem waarmee je zo dicht mogelijk bij de staat van gewichtloosheid kunt komen en zo alle aspecten van de invloed van deze toestand op het lichaam kunt bestuderen. Dit maakte het op zijn beurt mogelijk om een aantal preventieve maatregelen te ontwikkelen om de impact van deze factor te voorkomen wanneer een persoon in zwaartekracht vliegt.

De resultaten van exobiologie zijn gegevensgetuigen van de aanwezigheid van organische systemen buiten de biosfeer van de aarde. Tot dusverre is alleen de theoretische formulering van deze aannames mogelijk geworden, maar in de nabije toekomst zijn wetenschappers van plan om ook praktisch bewijsmateriaal te verzamelen.

Dankzij het onderzoek van biologen, natuurkundigen,Dokters, ecologen en chemici hebben de diepe mechanismen van menselijke impact op de biosfeer geïdentificeerd. Om dit te bereiken, werd het mogelijk door kunstmatige ecosystemen buiten de planeet te creëren en op hen dezelfde invloed uit te oefenen als op aarde.

Dit zijn niet alle verworvenheden van de ruimtebiologie, kosmologie en geneeskunde van vandaag, maar alleen de belangrijkste. Er is een groot potentieel, waarvan de realisatie de taak is van de op de lijst geplaatste wetenschappen voor de toekomst.

Leven in de ruimte

Volgens moderne ideeën leven in de ruimtekan bestaan, omdat de nieuwste ontdekkingen de aanwezigheid op sommige planeten van geschikte omstandigheden voor het ontstaan en de ontwikkeling van het leven bevestigen. De meningen van wetenschappers in deze kwestie zijn echter verdeeld in twee categorieën:

er is nergens anders leven dan de aarde, er is nooit geweest en zal dat ook nooit zijn;
het leven bevindt zich in de uitgestrekte ruimte van de ruimte, maar mensen hebben het nog niet ontdekt.

Welke van de hypothesen klopt - iedereen moet beslissen. Bewijs en weerleggingen voor de een en de ander is voldoende.