La ciència de la biologia inclou moltes seccions diferents, ciències infantils grans i petites. I cadascun d'ells és important no només per a la vida humana, sinó per al planeta en conjunt.
Per segon segle consecutiu, la gent està intentant estudiar no només la diversitat terrestre de la vida en totes les seves manifestacions, sinó també esbrinar si hi ha vida fora del planeta, a l'espai exterior. Aquestes qüestions són tractades per una ciència especial: la biologia espacial. Se'n parlarà a la nostra revisió.
Secció de biologia - Biologia espacial
Aquesta ciència és relativament jove, però en desenvolupament molt intens. Els principals aspectes de l'aprenentatge són:
- Factors de l'espai exterior i la seva influència en els organismes dels éssers vius, l'activitat vital de tots els sistemes vius a l'espai o als avions.
- El desenvolupament de la vida al nostre planeta amb la participació de l'espai, l'evolució dels sistemes vius i la probabilitat de l'existència de biomassa fora del nostre planeta.
- Les possibilitats de construir sistemes tancats i crear-hi condicions reals de vida per a una comoditatdesenvolupament i creixement d'organismes a l'espai exterior.
La medicina espacial i la biologia són ciències estretament relacionades que estudien conjuntament l'estat fisiològic dels éssers vius a l'espai, la seva prevalença als espais interplanetaris i l'evolució.
Gràcies a la recerca d'aquestes ciències, va ser possible seleccionar les condicions òptimes per trobar persones a l'espai, i sense causar cap dany a la salut. S'ha recopilat material enorme sobre la presència de vida a l'espai, la capacitat de les plantes i els animals (unicel·lulars, pluricel·lulars) de viure i desenvolupar-se en ingravidesa.
Història del desenvolupament de la ciència
Les arrels de la biologia espacial es remunten a l'antiguitat, quan filòsofs i pensadors -els científics naturals Aristòtil, Heràclit, Plató i altres- observaven el cel estrellat, intentant identificar la relació de la Lluna i el Sol amb la Terra., per entendre els motius de la seva influència en les terres agrícoles i els animals.
Més tard, a l'edat mitjana, es van començar a intentar determinar la forma de la Terra i explicar-ne la rotació. Durant molt de temps, hi va haver una teoria creada per Ptolemeu. Va parlar del fet que la Terra és el centre de l'Univers i que tots els altres planetes i cossos celestes es mouen al seu voltant (sistema geocèntric).
No obstant això, hi va haver un altre científic, el polonès Nicolau Copèrnic, que va demostrar la fal·làcia d'aquestes afirmacions i va proposar el seu propi sistema heliocèntric de l'estructura del món: al centre hi ha el Sol i tots els planetes es mouen al voltant. El Sol també és una estrella. Els seus punts de vista van ser recolzats pels seguidors de GiordanoBruno, Newton, Kepler, Galileu.
No obstant això, la biologia espacial com a ciència va aparèixer molt més tard. Només al segle XX, el científic rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky va desenvolupar un sistema que permet a les persones penetrar a les profunditats de l'espai i estudiar-les lentament. És considerat, amb raó, el pare d'aquesta ciència. A més, els descobriments en física i astrofísica, química quàntica i mecànica d'Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitza, Bogolyubov i altres van tenir un paper important en el desenvolupament de la cosmobiologia.
Les noves investigacions científiques, que van permetre a la gent fer vols llargament planificats a l'espai, van permetre identificar justificacions mèdiques i biològiques específiques de la seguretat i l'impacte de les condicions extraterrestres que va formular Tsiolkovsky. Quina era la seva essència?
- Els científics han rebut una justificació teòrica de l'efecte de la ingravidesa en els organismes dels mamífers.
- Va modelar diverses variacions de les condicions espacials al laboratori.
- Opcions suggerides per als astronautes per obtenir aliments i aigua amb l'ajuda de les plantes i la circulació de la matèria.
Per tant, va ser Tsiolkovsky qui va establir tots els postulats bàsics de l'astronàutica, que no han perdut la seva rellevància avui dia.
Ingravidez
La investigació biològica moderna en l'àmbit de l'estudi de la influència dels factors dinàmics en el cos humà a l'espai permet als astronautes desfer-se al màxim de la influència negativa d'aquests mateixos factors.
Hi ha tres característiques dinàmiques principals:
- vibració;
- acceleració;
- ingravesa.
L'efecte més inusual i important sobre el cos humà és la ingravidesa. Aquest és un estat en què la força de la gravetat desapareix i no és substituïda per altres influències inercials. En aquest cas, una persona perd completament la capacitat de controlar la posició del cos a l'espai. Aquest estat ja comença a les capes inferiors del cosmos i persisteix en tot el seu espai.
Els estudis mèdics i biològics han demostrat que els canvis següents es produeixen en el cos humà en estat d'ingravidesa:
- El batec del cor augmenta.
- Els músculs es relaxen (el to desapareix).
- Rendiment reduït.
- Possibles al·lucinacions espacials.
Una persona amb ingravidesa pot romandre fins a 86 dies sense danyar la salut. Això ha estat provat empíricament i confirmat des del punt de vista mèdic. Tanmateix, una de les tasques de la biologia i la medicina espacial avui dia és desenvolupar un conjunt de mesures per prevenir l'efecte de la ingravidesa sobre el cos humà en general, eliminar la fatiga, augmentar i consolidar el rendiment normal.
Hi ha una sèrie de condicions que els astronautes observen per superar la ingravidesa i mantenir el control sobre el cos:
- el disseny de l'aeronau compleix estrictament les normes de seguretat necessàries per als passatgers;
- astronautes sempre estan curosament lligats als seus seients per evitar vols ascendents imprevistos;
- tots els articles del vaixell són estrictamentlloc fix i ben assegurat per evitar lesions;
- Els líquids s'emmagatzemen només en contenidors tancats i tancats.
Els
Per aconseguir bons resultats en la superació de la ingravidesa, els astronautes se sotmeten a un entrenament exhaustiu a la Terra. Però, malauradament, fins ara la investigació científica moderna no permet crear aquestes condicions al laboratori. Al nostre planeta, no és possible vèncer la força de la gravetat. També és un dels reptes futurs de l'espai i la biologia mèdica.
Forces G a l'espai (acceleracions)
Un altre factor important que afecta el cos humà a l'espai és l'acceleració o la sobrecàrrega. L'essència d'aquests factors es redueix a una redistribució desigual de la càrrega sobre el cos durant moviments forts d' alta velocitat a l'espai. Hi ha dos tipus principals d'acceleració:
- a curt termini;
- llarg.
Com mostren estudis biomèdics, ambdues acceleracions són molt importants per influir en l'estat fisiològic del cos de l'astronauta.
Així, per exemple, sota l'acció d'acceleracions a curt termini (duren menys d'1 segon), es poden produir canvis irreversibles al cos a nivell molecular. A més, si els òrgans no estan entrenats, prou febles, hi ha risc de trencament de les seves membranes. Aquestes influències es poden dur a terme durant la separació de la càpsula amb l'astronauta a l'espai, durant la seva expulsió.o en aterrar una nau en òrbites.
Per tant, és molt important que els astronautes se sotmetin a un examen mèdic exhaustiu i a cert entrenament físic abans de volar a l'espai.
L'acceleració d'acció llarga es produeix durant el llançament i l'aterratge d'un coet, així com durant el vol en alguns llocs espacials de l'espai. L'efecte d'aquestes acceleracions sobre el cos, segons les dades proporcionades per la investigació mèdica científica, és el següent:
- el batec del cor i el pols s'acceleren;
- la respiració s'accelera;
- hi ha nàusees i debilitat, pell pàl·lida;
- la visió pateix, apareix una pel·lícula vermella o negra davant dels ulls;
- pot sentir dolor a les articulacions i les extremitats;
- caigudes de to del teixit muscular;
- canvis en la regulació neuromoral;
- als pulmons i al cos en conjunt es fa diferent;
- pot provocar sudoració.
L'intercanvi de gasos
Les forces G i la ingravidesa obliguen els científics mèdics a trobar maneres diferents. permetent adaptar-se, formar astronautes perquè puguin suportar l'acció d'aquests factors sense conseqüències per a la salut i sense pèrdua d'eficiència.
Una de les maneres més efectives d'entrenar els astronautes per accelerar és l'aparell centrífug. És en ell on es poden observar tots els canvis que es produeixen al cos sota l'acció de les sobrecàrregues. També et permet entrenar i adaptar-te a la influència d'aquest factor.
Vol espacial i medicina
Els vols espacials, sens dubte, tenen un impacte molt important en la salut de les persones, especialment d'aquelles que no tenen formació o pateixen mal alties cròniques. Per tant, un aspecte important és la investigació mèdica de totes les subtileses del vol, totes les reaccions del cos davant els efectes més diversos i increïbles de les forces extraterrestres.
Volar en ingravidesa obliga la medicina i la biologia modernes a inventar i formular (al mateix temps implementar, és clar) un conjunt de mesures per proporcionar als astronautes una alimentació normal, descans, subministrament d'oxigen, capacitat de treball, etc.
A més, la medicina està dissenyada per oferir als cosmonautes una assistència digna en cas de situacions d'emergència imprevistes, així com la protecció dels efectes de forces desconegudes d' altres planetes i espais. És bastant difícil, requereix molt de temps i esforç, una gran base teòrica, l'ús només dels últims equips i medicaments moderns.
A més, la medicina, juntament amb la física i la biologia, té la tasca de protegir els astronautes dels factors físics de les condicions espacials, com ara:
- temperatura;
- radiació;
- pressió;
- meteorits.
Per tant, l'estudi de tots aquests factors i característiques és molt important.
Mètodes de recerca en biologia
La biologia espacial, com qualsevol altra ciència biològica, disposa d'un determinat conjunt de mètodes que permeten fer recerca, acumular material teòric i confirmar-lo amb conclusions pràctiques. Aquests mètodes al llarg del tempsromanen sense canvis, s'actualitzen i modernitzen d'acord amb el temps actual. Tanmateix, els mètodes de biologia establerts històricament segueixen sent rellevants fins als nostres dies. Aquests inclouen:
- Observació.
- Experiment.
- Anàlisi històrica.
- Descripció.
- Comparació.
Aquests mètodes d'investigació biològica són bàsics, rellevants en qualsevol moment. Però n'hi ha una sèrie d' altres que han sorgit amb el desenvolupament de la ciència i la tecnologia, la física electrònica i la biologia molecular. S'anomenen moderns i tenen el paper més important en l'estudi de tots els processos bioquímics, mèdics i fisiològics.
Mètodes moderns
- Mètodes d'enginyeria genètica i bioinformàtica. Això inclou transformació agrobacteriana i balística, PCR (reaccions en cadena de la polimerasa). El paper de la investigació biològica d'aquest tipus és gran, ja que són ells els que permeten trobar opcions per resoldre el problema d'alimentació i oxigenació de llança-coets i cabines per a la comoditat dels astronautes.
- Mètodes de química i histoquímica de proteïnes. Permet controlar proteïnes i enzims en sistemes vius.
- Utilització de microscòpia de fluorescència, microscòpia de superresolució.
- L'ús de la biologia molecular i la bioquímica i els seus mètodes d'investigació.
- La biotelemetria és un mètode que és el resultat d'una combinació del treball d'enginyers i metges sobre una base biològica. Permet controlar totes les funcions fisiològicament importants de l'obra.organisme a distància utilitzant canals de radiocomunicació del cos humà i una gravadora d'ordinador. La biologia espacial utilitza aquest mètode com a base per fer un seguiment dels efectes de les condicions espacials en els organismes dels astronautes.
- Indicació biològica de l'espai interplanetari. Un mètode molt important de biologia espacial, que permet avaluar els estats interplanetaris del medi, per obtenir informació sobre les característiques dels diferents planetes. La base aquí és l'ús d'animals amb sensors integrats. Són animals d'experimentació (ratolins, gossos, micos) els que extreuen la informació de les òrbites, que els científics terrestres utilitzen per a l'anàlisi i les conclusions.
Els mètodes moderns d'investigació biològica permeten resoldre problemes avançats no només de biologia espacial, sinó també universals.
Problemes de la biologia espacial
Tots els mètodes enumerats d'investigació biomèdica, malauradament, encara no han estat capaços de resoldre tots els problemes de la biologia espacial. Hi ha una sèrie de temes d'actualitat que segueixen sent urgents fins avui. Fem una ullada als principals reptes als quals s'enfronta la medicina i la biologia espacials.
- Selecció de personal format per a vols espacials, l'estat de salut del qual podria complir amb tots els requisits dels metges (incloent-hi permetre als astronautes suportar un entrenament i un entrenament rigorosos per als vols).
- Nivell de formació decent i subministrament de tot el necessari per als equips d'espai de treball.
- Garantir la seguretat en tots els aspectes (inclosos els factors d'influència desconeguts o estrangersd' altres planetes) naus de treball i estructures d'aeronaus.
- Rehabilitació psicofisiològica dels astronautes en tornar a la Terra.
- Desenvolupament de maneres de protegir els astronautes i les naus espacials de la radiació.
- Garantir condicions normals de vida a les cabines durant els vols espacials.
- Desenvolupament i aplicació de tecnologia informàtica avançada a la medicina espacial.
- Introducció de la telemedicina espacial i la biotecnologia. Utilitzant els mètodes d'aquestes ciències.
- Solució de problemes mèdics i biològics per a vols còmodes d'astronautes a Mart i altres planetes.
- Síntesi d'agents farmacològics que resoldran el problema del subministrament d'oxigen a l'espai.
Desenvolupats, millorats i complexos en mètodes d'aplicació de la investigació biomèdica, segur que resoldran totes les tasques i problemes existents. Tanmateix, quan serà això és una pregunta difícil i força impredictible.
Cal tenir en compte que no només els científics russos, sinó també el Consell Acadèmic de tots els països del món s'ocupen de tots aquests problemes. I això és un gran avantatge. Al cap i a la fi, la recerca i les recerques conjuntes donaran un resultat positiu desproporcionadament més gran i més ràpid. Una estreta cooperació mundial per resoldre problemes espacials és la clau de l'èxit en l'exploració de l'espai extraterrestre.
Assolis moderns
Hi ha molts èxits d'aquest tipus. Al cap i a la fi, cada dia es fa un treball intensiu, minuciós i minuciós, que permet trobar cada cop mésmaterials, treure conclusions i formular hipòtesis.
Un dels descobriments més importants del segle XXI en cosmologia va ser el descobriment de l'aigua a Mart. Això va donar lloc immediatament a desenes d'hipòtesis sobre la presència o absència de vida al planeta, sobre la possibilitat de reassentament dels terrícoles a Mart, etc.
Un altre descobriment va ser que els científics han determinat els límits d'edat dins dels quals una persona pot estar a l'espai amb la màxima comoditat i sense conseqüències greus com sigui possible. Aquesta edat comença a partir dels 45 anys i acaba al voltant dels 55-60 anys. Els joves que van a l'espai pateixen extremadament psicològicament i fisiològicament en tornar a la Terra, adaptant-se i reconstruint-se amb força.
També es va descobrir aigua a la Lluna (2009). També es van trobar mercuri i una gran quantitat de plata al satèl·lit de la Terra.
Els mètodes d'investigació biològica, així com els indicadors físics i d'enginyeria, ens permeten concloure amb confiança que els efectes de la radiació iònica i l'exposició a l'espai són inofensius (almenys no més nocius que a la Terra).
Els estudis científics han demostrat que una llarga estada a l'espai no afecta la salut física dels astronautes. Tanmateix, hi ha problemes psicològics.
S'han dut a terme estudis que demostren que les plantes superiors reaccionen de manera diferent quan es troben a l'espai. Les llavors d'algunes plantes de l'estudi no van mostrar cap canvi genètic. Altres, per contra, van mostrar deformacions evidents a nivell molecular.
Experiències,realitzat a les cèl·lules i teixits dels organismes vius (mamífers) va demostrar que l'espai no afecta l'estat i el funcionament normals d'aquests òrgans.
Diversos tipus d'estudis mèdics (tomografia, ressonància magnètica, anàlisis de sang i orina, cardiograma, tomografia computeritzada, etc.) van portar a la conclusió que les característiques fisiològiques, bioquímiques i morfològiques de les cèl·lules humanes romanen in alterables quan es queden a l'espai. fins a 86 dies.
En condicions de laboratori es va recrear un sistema artificial que permet apropar-se al màxim a l'estat d'ingravidesa i així estudiar tots els aspectes de l'efecte d'aquest estat en el cos. Això, al seu torn, va permetre desenvolupar una sèrie de mesures preventives per evitar l'impacte d'aquest factor durant un vol humà en gravetat zero.
Els resultats de l'exobiologia són dades que indiquen la presència de sistemes orgànics fora de la biosfera terrestre. Fins ara, només s'ha fet possible la formulació teòrica d'aquests supòsits, però aviat els científics planegen obtenir també proves pràctiques.
Gràcies a la investigació de biòlegs, físics, metges, ecologistes i químics, s'han revelat mecanismes profunds de l'impacte humà en la biosfera. Això va ser possible gràcies a la creació d'ecosistemes artificials fora del planeta i exercint-hi la mateixa influència que a la Terra.
Aquests no són tots els èxits de la biologia espacial, la cosmologia i la medicina actuals, sinó només els principals. Hi ha molt potencial, la implementació del qual ésla tasca de les ciències enumerades per al futur.
La vida a l'espai
Segons les idees modernes, la vida a l'espai pot existir, ja que els descobriments recents confirmen la presència en alguns planetes de condicions adequades per a l'aparició i desenvolupament de la vida. Tanmateix, les opinions dels estudiosos sobre aquest tema es divideixen en dues categories:
- la vida no és enlloc més que la Terra, mai va ser i mai serà;
- la vida existeix a les grans extensions de l'espai exterior, però la gent encara no l'ha descobert.
La
Quina de les hipòtesis és correcta: és responsabilitat de cadascú decidir. Hi ha prou proves i refutacions tant per a un com per a l' altre.
