Vesmírná biologie. Moderní metody biologického výzkumu

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 05:20

Nauka o biologii zahrnuje mnoho různých sekcí, velké i malé dětské vědy. A každý z nich je důležitý nejen v lidském životě, ale pro planetu jako celek.

Už druhé století v řadě se lidé snaží studovat nejen pozemskou rozmanitost života ve všech jeho projevech, ale také zjistit, zda existuje život mimo planetu, ve vesmíru. Těmito otázkami se zabývá speciální věda – vesmírná biologie. O tom bude řeč v naší recenzi.

Biologická sekce – Vesmírná biologie

Tato věda je relativně mladá, ale velmi intenzivně se rozvíjí. Hlavní aspekty učení jsou:

1. Faktory vesmíru a jejich vliv na organismy živých bytostí, životně důležitou činnost všech živých systémů ve vesmíru nebo v letadlech.
2. Vývoj života na naší planetě za účasti vesmíru, vývoj živých systémů a pravděpodobnost existence biomasy mimo naši planetu.
3. Možnosti budování uzavřených systémů a vytváření skutečných životních podmínek v nich pro pohodlívývoj a růst organismů ve vesmíru.

Vesmírná medicína a biologie jsou úzce příbuzné vědy, které společně studují fyziologický stav živých bytostí ve vesmíru, jejich výskyt v meziplanetárních prostorech a evoluci.

Díky výzkumu těchto věd bylo možné vybrat optimální podmínky pro nalezení lidí ve vesmíru, aniž by došlo k poškození zdraví. Byl shromážděn obrovský materiál o přítomnosti života ve vesmíru, schopnosti rostlin a zvířat (jednobuněčných, mnohobuněčných) žít a vyvíjet se ve stavu beztíže.

Historie rozvoje vědy

Kořeny vesmírné biologie sahají do starověku, kdy filozofové a myslitelé – přírodovědci Aristoteles, Hérakleitos, Platón a další – sledovali hvězdnou oblohu a snažili se identifikovat vztah Měsíce a Slunce se Zemí, abychom pochopili důvody jejich vlivu na zemědělskou půdu a zvířata.

Později, ve středověku, začaly pokusy určit tvar Země a vysvětlit její rotaci. Po dlouhou dobu existovala teorie vytvořená Ptolemaiem. Mluvila o tom, že Země je středem vesmíru a všechny ostatní planety a nebeská tělesa se pohybují kolem ní (geocentrický systém).

Byl tu však další vědec, Polák Mikuláš Koperník, který dokázal mylnost těchto tvrzení a navrhl svůj vlastní, heliocentrický systém struktury světa: ve středu je Slunce a všechny planety se pohybují kolem. Slunce je také hvězda. Jeho názory byly podporovány stoupenci GiordanaBruno, Newton, Kepler, Galileo.

Vesmírná biologie jako věda se však objevila mnohem později. Teprve ve 20. století ruský vědec Konstantin Eduardovič Ciolkovskij vyvinul systém, který lidem umožňuje proniknout do hlubin vesmíru a pomalu je studovat. Je právem považován za otce této vědy. Také objevy ve fyzice a astrofyzice, kvantové chemii a mechanice Einsteina, Bohra, Plancka, Landaua, Fermiho, Kapitzy, Bogolyubova a dalších sehrály velkou roli ve vývoji kosmobiologie.

Nový vědecký výzkum, který lidem umožnil provádět dlouho plánované lety do vesmíru, umožnil identifikovat konkrétní lékařská a biologická zdůvodnění bezpečnosti a dopadu mimozemských podmínek, které Ciolkovskij formuloval. Jaká byla jejich podstata?

1. Vědcům bylo poskytnuto teoretické zdůvodnění vlivu stavu beztíže na organismy savců.
2. V laboratoři modeloval několik variant vesmírných podmínek.
3. Navrhované možnosti pro astronauty k získávání potravy a vody pomocí rostlin a cirkulace hmoty.

Byl to tedy Ciolkovskij, kdo stanovil všechny základní postuláty kosmonautiky, které dnes neztratily svůj význam.

Bezváha

Moderní biologický výzkum v oblasti studia vlivu dynamických faktorů na lidské tělo ve vesmíru umožňuje astronautům maximálně se zbavit negativního vlivu těchto stejných faktorů.

Existují tři hlavní dynamické charakteristiky:

• vibrace;
• acceleration;
• beztíže.

Nejneobvyklejší a nejdůležitější účinek na lidské tělo je stav beztíže. Jde o stav, kdy gravitační síla mizí a není nahrazena jinými setrvačnými vlivy. V tomto případě člověk zcela ztrácí schopnost ovládat polohu těla v prostoru. Takový stav začíná již v nižších vrstvách vesmíru a přetrvává v celém jeho prostoru.

Lékařské a biologické studie ukázaly, že v lidském těle ve stavu beztíže dochází k následujícím změnám:

1. Tlukot srdce se zvyšuje.
2. Svaly se uvolní (tonus zmizí).
3. Snížený výkon.
4. Možné prostorové halucinace.

Člověk ve stavu beztíže je schopen setrvat až 86 dní bez újmy na zdraví. To bylo empiricky prokázáno a potvrzeno z lékařského hlediska. Jedním z úkolů vesmírné biologie a medicíny současnosti je však vyvinout soubor opatření, která zabrání působení stavu beztíže na lidský organismus obecně, odstraní únavu, zvýší a upevní normální výkonnost.

Existuje řada podmínek, které astronauti pozorují, aby překonali stav beztíže a udrželi kontrolu nad tělem:

• design letadla přísně splňuje nezbytné bezpečnostní normy pro cestující;
• astronauti jsou vždy pečlivě připoutáni na svá sedadla, aby se vyhnuli nepředvídaným letům vzhůru;
• všechny položky na lodi jsou přísněpevné místo a řádně zajištěné, aby nedošlo ke zranění;
• Kapaliny jsou skladovány pouze v uzavřených, hermeticky uzavřených nádobách.

Aby dosáhli dobrých výsledků při překonávání stavu beztíže, absolvují astronauti na Zemi důkladný výcvik. Ale bohužel zatím moderní vědecký výzkum neumožňuje vytvářet takové podmínky v laboratoři. Na naší planetě není možné překonat gravitační sílu. Je to také jedna z budoucích výzev pro vesmír a lékařskou biologii.

G-síly v prostoru (zrychlení)

Dalším důležitým faktorem ovlivňujícím lidské tělo ve vesmíru je zrychlení neboli přetížení. Podstata těchto faktorů se redukuje na nerovnoměrné přerozdělení zátěže na tělo při silných vysokorychlostních pohybech v prostoru. Existují dva hlavní typy zrychlení:

• krátkodobé;
• long.

Jak ukazují biomedicínské studie, obě zrychlení jsou velmi důležitá pro ovlivnění fyziologického stavu těla astronauta.

Takže například působením krátkodobých zrychlení (trvají méně než 1 sekundu) mohou v těle nastat nevratné změny na molekulární úrovni. Také pokud orgány nejsou vycvičené, dostatečně slabé, hrozí protržení jejich blan. Takové vlivy mohou být provedeny během oddělení kapsle s astronautem ve vesmíru, během jeho katapultovánínebo při přistání lodi na oběžné dráze.

Proto je velmi důležité, aby astronauti před letem do vesmíru prošli důkladnou lékařskou prohlídkou a určitým fyzickým tréninkem.

Dlouho působící zrychlení nastává během startu a přistání rakety, stejně jako během letu v některých prostorových místech ve vesmíru. Účinek takového zrychlení na tělo je podle údajů poskytnutých vědeckým lékařským výzkumem následující:

• tep a tep se zrychlují;
• dýchání se zrychluje;
• objevuje se nevolnost a slabost, bledá kůže;
• zraky trpí, před očima se objevuje červený nebo černý film;
• můžete cítit bolest kloubů, končetin;
• pokles tonusu svalové tkáně;
• změny neuromorální regulace;
• výměna plynů v plicích a v těle jako celku se liší;
• může způsobit pocení.

G-síly a stav beztíže nutí lékařské vědce vymýšlet různé způsoby. umožňující adaptaci, výcvik astronautů tak, aby dokázali odolat působení těchto faktorů bez zdravotních následků a bez ztráty efektivity.

Jedním z nejúčinnějších způsobů, jak vycvičit astronauty ke zrychlení, je odstředivka. Právě v něm můžete pozorovat všechny změny, ke kterým dochází v těle při působení přetížení. Umožňuje vám také trénovat a přizpůsobovat se vlivu tohoto faktoru.

Let do vesmíru a medicína

Vesmírné lety mají jistě velmi velký dopad na zdraví lidí, zejména těch, kteří jsou netrénovaní nebo trpí chronickými nemocemi. Proto je důležitým aspektem lékařský výzkum všech jemností letu, všech reakcí těla na nejrozmanitější a nejneuvěřitelnější účinky mimozemských sil.

Létání ve stavu beztíže nutí moderní medicínu a biologii vymyslet a zformulovat (samozřejmě zároveň zavést) soubor opatření, která astronautům zajistí normální výživu, odpočinek, zásobu kyslíku, pracovní kapacitu a tak dále.

Medicína je navíc navržena tak, aby poskytovala kosmonautům slušnou pomoc v případě nepředvídaných, nouzových situací a také ochranu před účinky neznámých sil jiných planet a prostorů. Je to docela obtížné, vyžaduje to spoustu času a úsilí, velkou teoretickou základnu, použití pouze nejmodernějšího moderního vybavení a léků.

Medicína, spolu s fyzikou a biologií, má navíc za úkol chránit astronauty před fyzikálními faktory vesmírných podmínek, jako jsou:

• teplota;
• záření;
• tlak;
• meteority.

Proto je studium všech těchto faktorů a vlastností velmi důležité.

Výzkumné metody v biologii

Vesmírná biologie, stejně jako každá jiná biologická věda, má určitý soubor metod, které umožňují provádět výzkum, shromažďovat teoretický materiál a potvrzovat jej praktickými závěry. Tyto metody v průběhu časuzůstávají nezměněny, jsou aktualizovány a modernizovány v souladu s aktuální dobou. Historicky zavedené metody biologie však zůstávají aktuální dodnes. Patří mezi ně:

1. Pozorování.
2. Experiment.
3. Historická analýza.
4. Popis.
5. Porovnání.

Tyto metody biologického výzkumu jsou základní, relevantní kdykoli. Ale existuje řada dalších, které vznikly s rozvojem vědy a techniky, elektronické fyziky a molekulární biologie. Říká se jim moderní a hrají největší roli ve studiu všech biologicko-chemických, lékařských a fyziologických procesů.

Moderní metody

1. Metody genetického inženýrství a bioinformatiky. Patří sem agrobakteriální a balistická transformace, PCR (polymerázové řetězové reakce). Role biologického výzkumu tohoto druhu je velká, protože právě ony umožňují nalézt možnosti řešení problému zásobování a okysličování raketometů a kabin pro pohodlí astronautů.
2. Metody proteinové chemie a histochemie. Umožněte ovládat proteiny a enzymy v živých systémech.
3. Použití fluorescenční mikroskopie, mikroskopie s vysokým rozlišením.
4. Využití molekulární biologie a biochemie a jejich výzkumných metod.
5. Biotelemetrie je metoda, která je výsledkem spojení práce inženýrů a lékařů na biologickém základě. Umožňuje ovládat všechny fyziologicky důležité funkce díla.organismu na dálku pomocí radiokomunikačních kanálů lidského těla a počítačového záznamníku. Vesmírná biologie používá tuto metodu jako základ pro sledování účinků vesmírných podmínek na organismy astronautů.
6. Biologická indikace meziplanetárního prostoru. Velmi důležitá metoda vesmírné biologie, která umožňuje posuzovat meziplanetární stavy prostředí, získávat informace o vlastnostech různých planet. Základem je zde použití zvířat se zabudovanými senzory. Právě experimentální zvířata (myši, psi, opice) získávají informace z oběžných drah, které využívají pozemskí vědci k analýze a závěrům.

Moderní metody biologického výzkumu umožňují řešit pokročilé problémy nejen vesmírné biologie, ale i univerzální.

Problémy vesmírné biologie

Všechny uvedené metody biomedicínského výzkumu bohužel dosud nedokázaly vyřešit všechny problémy vesmírné biologie. Existuje řada aktuálních problémů, které jsou dodnes naléhavé. Pojďme se podívat na hlavní výzvy, kterým čelí vesmírná medicína a biologie.

1. Výběr vyškoleného personálu pro kosmické lety, jehož zdravotní stav by mohl splňovat všechny požadavky lékařů (včetně umožnění astronautům vydržet přísný výcvik a výcvik pro lety).
2. Slušná úroveň výcviku a dodávky všeho potřebného pro pracovní prostor posádky.
3. Zajištění bezpečnosti ve všech ohledech (včetně před neznámými nebo cizími vlivyz jiných planet) fungující lodě a letecké konstrukce.
4. Psychofyziologická rehabilitace astronautů po návratu na Zemi.
5. Vývoj způsobů ochrany astronautů a kosmických lodí před radiací.
6. Zajištění normálních životních podmínek v kabinách během vesmírných letů.
7. Vývoj a aplikace pokročilé počítačové technologie ve vesmírné medicíně.
8. Zavedení vesmírné telemedicíny a biotechnologie. Pomocí metod těchto věd.
9. Řešení lékařských a biologických problémů pro pohodlné lety astronautů na Mars a další planety.
10. Syntéza farmakologických látek, které vyřeší problém dodávky kyslíku ve vesmíru.

Vyvinuté, vylepšené a komplexní aplikační metody biomedicínského výzkumu jistě vyřeší všechny úkoly a stávající problémy. Kdy to však bude, je těžká a poněkud nepředvídatelná otázka.

Je třeba poznamenat, že nejen ruští vědci, ale i Akademická rada všech zemí světa se všemi těmito otázkami zabývá. A to je velké plus. Společný výzkum a pátrání totiž přinesou nepoměrně větší a rychlejší pozitivní výsledek. Úzká globální spolupráce při řešení vesmírných problémů je klíčem k úspěchu při průzkumu mimozemského prostoru.

Moderní úspěchy

Takových úspěchů je mnoho. Koneckonců, intenzivní práce se provádí každý den, důkladná a pečlivá, což vám umožňuje najít další a dalšímateriály, vyvozujte závěry a formulujte hypotézy.

Jedním z nejdůležitějších objevů 21. století v kosmologii byl objev vody na Marsu. To okamžitě dalo vzniknout desítkám hypotéz o přítomnosti či nepřítomnosti života na planetě, o možnosti přesídlení pozemšťanů na Mars a tak dále.

Dalším objevem bylo, že vědci určili věkové hranice, ve kterých může být člověk ve vesmíru co nejpohodlněji a bez vážných následků. Tento věk začíná od 45 let a končí přibližně ve věku 55–60 let. Mladí lidé, kteří jdou do vesmíru, extrémně psychicky a fyziologicky trpí po návratu na Zemi, těžce se přizpůsobují a přestavují.

Voda byla objevena také na Měsíci (2009). Rtuť a velké množství stříbra byly také nalezeny na družici Země.

Metody biologického výzkumu, stejně jako technické a fyzikální ukazatele nám umožňují s jistotou dojít k závěru, že účinky iontového záření a expozice ve vesmíru jsou neškodné (alespoň ne škodlivější než na Zemi).

Vědecké studie prokázaly, že dlouhodobý pobyt ve vesmíru neovlivňuje fyzické zdraví astronautů. Psychické problémy však přetrvávají.

Byly provedeny studie prokazující, že vyšší rostliny reagují na pobyt ve vesmíru odlišně. Semena některých rostlin ve studii nevykazovala žádné genetické změny. Jiné naopak vykazovaly zjevné deformace na molekulární úrovni.

Zkušenosti,provedené na buňkách a tkáních živých organismů (savců) prokázaly, že prostor neovlivňuje normální stav a fungování těchto orgánů.

Různé typy lékařských studií (tomografie, MRI, krevní a močové testy, kardiogram, počítačová tomografie atd.) vedly k závěru, že fyziologické, biochemické a morfologické vlastnosti lidských buněk zůstávají při pobytu ve vesmíru nezměněny až 86 dní.

V laboratorních podmínkách byl znovu vytvořen umělý systém, který umožňuje co nejvíce se přiblížit stavu beztíže a studovat tak všechny aspekty vlivu tohoto stavu na organismus. To zase umožnilo vyvinout řadu preventivních opatření, jak zabránit vlivu tohoto faktoru při letu člověka v nulové gravitaci.

Výsledky exobiologie jsou údaje naznačující přítomnost organických systémů mimo biosféru Země. Zatím byla možná pouze teoretická formulace těchto předpokladů, ale brzy vědci plánují získat i praktické důkazy.

Díky výzkumu biologů, fyziků, lékařů, ekologů a chemiků byly odhaleny hluboké mechanismy lidského vlivu na biosféru. To bylo možné díky vytvoření umělých ekosystémů mimo planetu a vyvíjení na ně stejného vlivu jako na Zemi.

Toto nejsou všechny úspěchy dnešní vesmírné biologie, kosmologie a medicíny, ale pouze ty hlavní. Je zde velký potenciál, jehož realizace jeúkol uvedených věd pro budoucnost.

Život ve vesmíru

Podle moderních představ může život ve vesmíru existovat, protože nedávné objevy potvrzují, že na některých planetách existují vhodné podmínky pro vznik a rozvoj života. Názory vědců na tuto otázku však spadají do dvou kategorií:

• život není nikde jinde než na Zemi, nikdy nebyl a nikdy nebude;
• život existuje v obrovských rozlohách vesmíru, ale lidé ho ještě neobjevili.

Která z hypotéz je správná – je na rozhodnutí každého jednotlivce. Existuje dostatek důkazů a vyvrácení pro jedno i druhé.