علم الأحياء الفضاء. الأساليب الحديثة في الأبحاث البيولوجية

علم الأحياء يتضمن الكثير من أقسام مختلفة، العلوم الفرعية الكبيرة والصغيرة. ولكل منها أهمية ليس فقط في حياة الإنسان، ولكن أيضا لكوكب الأرض ككل.

في القرن الثاني على التوالي، يحاول الناس أن يتعلموا ليس فقط التنوع الدنيوي للحياة في جميع مظاهرها، ولكن أيضا لمعرفة ما إذا كانت هناك حياة خارج كوكب الأرض، في الفضاء الخارجي. يتم التعامل مع هذه القضايا من خلال علم الأحياء - علم الفضاء الخاص. حول ذلك، وسوف تناقش في استعراضنا.

قسم العلوم البيولوجية - علم الأحياء الفضائية

هذا العلم هو الشباب نسبيا، ولكن بشكل مكثف جدا النامية. الجوانب الرئيسية للدراسة هي:

1. عوامل الفضاء الخارجي وتأثيرها على الكائنات الحية للكائنات الحية، والنشاط الحيوي لجميع النظم الحية في ظروف الفضاء أو الطائرات.
2. تطوير الحياة على كوكبنا بمشاركة الفضاء، وتطور النظم الحية واحتمال وجود الكتلة الحيوية خارج حدود كوكبنا.
3. إمكانيات بناء نظم مغلقة وخلق ظروف المعيشة الحقيقية لهم من أجل التنمية والنمو المريحة للكائنات الحية في الفضاء الخارجي.

علم الفضاء وعلم الأحياء هي علوم وثيقة الصلة، دراسة مشتركة للحالة الفسيولوجية للكائنات الحية في الفضاء، وانتشارها في المساحات بين الكواكب والتطور.

وبفضل البحث في هذه العلوم، أصبح من الممكن اختيار الظروف المثلى للعثور على الناس في الفضاء، دون التسبب في أي ضرر على الصحة. وقد تم جمع مادة ضخمة عن وجود الحياة في الفضاء، وإمكانيات النباتات والحيوانات (أحادي الخلية، متعدد الخلايا) للعيش وتطور في انعدام الوزن.

تاريخ تطور العلم

جذور البيولوجيا الكونية تعود إلى العصور القديمة، عندما شاهد الفلاسفة والمفكرين - أرسطو الطبيعة، هيراكليتوس، أفلاطون وغيرهم - شاهدوا السماء المرصعة بالنجوم، في محاولة لتحديد علاقة القمر والشمس مع الأرض، لفهم أسباب تأثيرها على الأراضي الزراعية والحيوانات.

في وقت لاحق، في العصور الوسطى، بدأت المحاولات لتحديد شكل الأرض وشرح دورانها. لفترة طويلة على السمع كانت النظرية التي أنشأها بطليموس. وقالت إن الأرض هي مركز الكون، وجميع الكواكب الأخرى والأجرام السماوية تتحرك من حوله (نظام مركزية الأرض).

ومع ذلك، كان هناك عالم آخر، القطب نيكولاي كوبرنيكوس، الذي أثبت مغالطة هذه التصريحات واقترح نظامه الخاص، مركزية مركزية للهياكل في العالم: في المركز - الشمس، وجميع الكواكب تتحرك حولها. الشمس هو أيضا نجم. وأيد آراءه من قبل أتباع جيوردانو برونو، نيوتن، كيبلر، غاليليو.

ومع ذلك، ظهرت علم الأحياء الفضائي كعلم في وقت لاحق من ذلك بكثير. في القرن العشرين فقط، وضع العالم الروسي كونستانتين إدواردوفيتش تسيولكوفسكي نظاما يسمح للناس باختراق أعماق كونية ودراسة ببطء لهم. وهو يعتبر بحق والد هذا العلم. من المهم أيضا في تطوير كوزموبيولوغي الاكتشافات في الفيزياء والفيزياء الفلكية والكيمياء الكم والميكانيكا آينشتاين، بور، بلانك، لانداو، فيرمي، كابيتسا، بوجوليوبوف وغيرها.

وأتاحت البحوث العلمية الجديدة، التي سمحت للناس بالقيام برحلات طويلة التخطيط إلى الفضاء، تحديد أسباب طبية وبيولوجية محددة لسلامة وأثر الظروف خارج كوكب الأرض التي وضعتها تسيولكوفسكي. ما هو جوهرها؟

1. وقد أعطي العلماء تبريرا نظريا لتأثير انعدام الوزن على الكائنات الثدييات.
2. وقد وضع نموذجا لعدة خيارات لخلق الظروف الفضائية في المختبر.
3. واقترح المتغيرات من تلقي الغذاء والماء من قبل رواد الفضاء مع مساعدة من النباتات ودورة من المواد.

وهكذا، كان تسيولكوفسكي التي وضعت جميع المفاهيم الأساسية للملاحة الفضائية، والتي لم تفقد أهميتها اليوم.

عدم الوزن

البحوث البيولوجية الحديثة في دراسة تأثير العوامل الديناميكية على جسم الإنسان في ظروف الفضاء يسمح لإنقاذ رواد الفضاء من التأثير السلبي لهذه العوامل إلى الحد الأقصى.

هناك ثلاث خصائص ديناميكية رئيسية:

• الاهتزاز.
• التسارع.
• انعدام الوزن.

الأكثر غرابة وأهمية للجسم البشري هو انعدام الوزن بالضبط. هذه هي الحالة التي تختفي فيها قوة الجاذبية ولا تحل محلها تأثيرات أخرى بالقصور الذاتي. وبالتالي فإن الشخص يفقد تماما القدرة على الإشراف على موقف الجسم في الفضاء. تبدأ هذه الحالة بالفعل في الطبقات السفلى من الكون ويتم الحفاظ عليها في جميع أنحاء الفضاء.

وقد أظهرت الدراسات الطبية والبيولوجية أنه في حالة انعدام الوزن في جسم الإنسان تحدث التغييرات التالية:

1. خفقان القلب آخذ في الازدياد.
2. استرخاء العضلات (نغمة يذهب بعيدا).
3. انخفاض الكفاءة.
4. الهلوسة المكانية المحتملة.

يمكن للشخص في انعدام الوزن البقاء حتى 86 يوما دون ضرر على الصحة. وقد ثبت ذلك من خلال التجربة وتم تأكيده من وجهة نظر طبية. ومع ذلك، واحدة من مهام علم الأحياء الفضاء والطب اليوم هو وضع مجموعة من التدابير لمنع آثار انعدام الوزن على جسم الإنسان بشكل عام، للقضاء على التعب وتعزيز والحفاظ على القدرة على العمل العادي.

هناك عدد من الظروف التي يراقبها رواد الفضاء للتغلب على انعدام الوزن والحفاظ على السيطرة على الجسم:

• تصميم الطائرة يتوافق بدقة مع معايير السلامة اللازمة للركاب.
• يتم دائما تثبيت رواد الفضاء بعناية على مقاعدهم من أجل تجنب الرحلات الجوية غير المتوقعة.
• جميع البنود على متن السفينة لديها مكان محدد بدقة ويتم تأمينها بشكل صحيح من أجل تجنب المواقف الصادمة.
• يتم تخزين السوائل فقط في حاويات مغلقة مغلقة بإحكام.

من أجل تحقيق نتائج جيدة في التغلب على انعدام الوزن، ورواد الفضاء يخضع التدريب الشامل على الأرض. ولكن، لسوء الحظ، في حين أن البحث العلمي الحديث لا يسمح خلق مثل هذه الظروف في المختبر. على كوكبنا للتغلب على الجاذبية غير ممكن. هذا هو أيضا واحدة من المهام المستقبلية للفضاء وعلم الأحياء الطبية.

الزائد في الفضاء (التسارع)

عامل مهم آخر يؤثر على جسم الإنسان في الفضاء هو التسارع، أو الزائد. يتم تقليل جوهر هذه العوامل إلى إعادة توزيع متفاوتة من الحمل على الجسم مع حركة سرعة قوية في الفضاء. هناك نوعان رئيسيان من التسارع:

• باختصار؛
• منذ فترة طويلة.

كما تظهر البحوث الطبية والبيولوجية، كلا التسارع مهم جدا في التأثير على الحالة الفسيولوجية للجسم رائد الفضاء.

لذلك، على سبيل المثال، في إطار إجراءات التسريع على المدى القصير (أنها تستمر أقل من 1 ثانية)، يمكن أن تحدث تغييرات لا رجعة فيها في الكائن الحي على المستوى الجزيئي. أيضا، إذا لم يتم تدريب الأجهزة، فهي ضعيفة بما فيه الكفاية، وهناك خطر من تمزق قذائفها. ويمكن إجراء مثل هذه التأثيرات عندما يتم فصل الكبسولة عن رائد الفضاء في الفضاء، عندما يتم إخراجه أو عندما تكون السفينة في المدار.

لذلك، من المهم جدا أن رواد الفضاء يخضعون لفحص طبي دقيق وإعداد معين البدني قبل الطيران في الفضاء.

تسارع طويل المفعول تنشأ في إطلاق وهبوط صاروخ، وكذلك أثناء الطيران في بعض الأماكن المكانية من الفضاء. تأثير هذه التسارع على الجسم وفقا للبيانات المقدمة من البحوث الطبية العلمية هو ما يلي:

• الخفقان والنبض.
• أسرع التنفس.
• ظهور الغثيان والضعف، شحوب الجلد.
• رؤية يعاني، يظهر فيلم أحمر أو أسود أمام عينيك.
• ربما شعور من الألم في المفاصل، أطرافه.
• لهجة الأنسجة العضلية يسقط.
• ويختلف التنظيم العصبي الخلطي.
• تبادل الغاز في الرئتين وفي الجسم ككل يصبح مختلفا.
• ربما ظهور التعرق.

الحمل الزائد والضعف يجعل علماء الطب يأتي بطرق مختلفة. السماح للتكيف، وتدريب رواد الفضاء حتى يتمكنوا من تحمل عمل هذه العوامل دون عواقب صحية ودون فقدان الكفاءة.

واحدة من الطرق الأكثر فعالية لتدريب رواد الفضاء لتسريع جهاز الطرد المركزي. هو في ذلك أنه يمكنك مراقبة جميع التغييرات التي تحدث في الجسم في إطار العمل الزائد. كما يسمح لك لتدريب والتكيف مع تأثير هذا العامل.

تحلق في الفضاء والدواء

التحليق في الفضاء، وبطبيعة الحال، له تأثير كبير جدا على صحة الناس، وخاصة غير مدربين أو وجود أمراض مزمنة. ولذلك، فإن جانبا هاما هو البحث الطبي من جميع خفية الرحلة، من جميع ردود فعل الجسم إلى الآثار الأكثر تنوعا ولا يصدق من القوى غير الكواكب.

رحلة في انعدام الوزن تفرض الطب الحديث وعلم الأحياء من أجل التوصل إلى وصياغة (في نفس الوقت، وبطبيعة الحال تنفيذ) مجموعة من التدابير لتوفير رواد الفضاء مع التغذية الطبيعية والراحة والإمداد بالأكسجين والصيانة وهلم جرا.

وبالإضافة إلى ذلك، تم تصميم الطب لتزويد رواد الفضاء بمساعدة جدية في حالة حالات الطوارئ، غير المتوقعة، فضلا عن الحماية من آثار القوات المجهولة من الكواكب والمساحات الأخرى. هذا أمر صعب جدا، فإنه يأخذ الكثير من الوقت والجهد، قاعدة نظرية كبيرة، وذلك باستخدام فقط أحدث المعدات الحديثة والاستعدادات.

وبالإضافة إلى ذلك، الطب جنبا إلى جنب مع الفيزياء وعلم الأحياء مهمة حماية رواد الفضاء من العوامل المادية للظروف الفضاء، مثل:

• درجة الحرارة؛
• الإشعاع.
• الضغط؛
• النيازك.

ولذلك، فإن دراسة جميع هذه العوامل والميزات مهم جدا.

طرق البحث في علم الأحياء

فالعلم البيولوجي الكوني، شأنه في ذلك شأن أي علم بيولوجي آخر، يمتلك مجموعة معينة من الأساليب التي تسمح للمرء بإجراء البحوث، وتراكم المواد النظرية، وتأكيدها باستنتاجات عملية. هذه الطرق مع مرور الوقت لا تبقى دون تغيير، رهنا التحديثات والترقيات وفقا للوقت الحالي. ومع ذلك، فإن أساليب علم الأحياء المتقدمة تاريخيا لا تزال ذات الصلة حتى يومنا هذا. وتشمل هذه:

1. الملاحظة.
2. التجربة.
3. التحليل التاريخي.
4. الوصف.
5. مقارنة.

هذه الأساليب من البحوث البيولوجية هي الأساسية، ذات الصلة في أي وقت. ولكن هناك عدد من الآخرين التي نشأت مع تطور العلم والتكنولوجيا، والفيزياء الإلكترونية والبيولوجيا الجزيئية. وهي تسمى الحديثة وتلعب أهم دور في دراسة جميع العمليات البيولوجية والكيميائية والطبية والفسيولوجية.

أساليب حديثة

1. طرق الهندسة الوراثية والمعلوماتية الحيوية. وهذا يشمل التحول الجرثومي والبالستية، ير (تفاعلات سلسلة البلمرة). ودور الدراسات البيولوجية لمثل هذه الخطة كبير، لأنها هي التي تمكننا من إيجاد حلول لمشكلة التغذية وتشبع الأكسجين من قاذفات الصواريخ وكابينات لدولة مريحة رواد الفضاء.
2. طرق كيمياء البروتين والهيستوكيمياء . يسمح للسيطرة على البروتينات والانزيمات في النظم الحية.
3. استخدام مضان المجهري ، فائقة الدقة المجهري.
4. استخدام البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية وطرق البحث الخاصة بها.
5. القياس الحيوي هو الأسلوب الذي هو نتيجة لمزيج من عمل المهندسين والأطباء على أساس البيولوجي. انها تسمح لك للسيطرة على جميع وظائف مهمة من الناحية الفسيولوجية للجسم على مسافة مع مساعدة من قنوات الاتصال الإذاعي للجسم البشري وجهاز الكمبيوتر المسجل. ويستخدم علم الأحياء الفضائي هذه الطريقة بوصفها الطريقة الرئيسية لتتبع آثار الظروف الفضائية على كائنات رواد الفضاء.
6. إشارة بيولوجية من الفضاء بين الكواكب . وهناك طريقة هامة جدا للبيولوجيا الكونية، مما يجعل من الممكن لتقييم الحالات بين الكواكب للبيئة، هو الحصول على معلومات حول خصائص الكواكب المختلفة. الأساس هنا هو استخدام الحيوانات مع أجهزة الاستشعار المضمنة. الحيوانات التجريبية بالضبط (الفئران والكلاب والقرود) استخراج المعلومات من المدارات، والتي يستخدمها علماء الأرض لتحليل والاستنتاجات.

الأساليب الحديثة للبحوث البيولوجية تسمح حل المشاكل المتقدمة ليس فقط من البيولوجيا الكونية، ولكن أيضا عالمية.

مشاكل البيولوجيا الفضائية

كل هذه الأساليب من البحوث الطبية الحيوية، للأسف، لم تكن قادرة حتى الآن على حل جميع مشاكل علم الأحياء الفضاء. وهناك عدد من القضايا الموضوعية التي لا تزال ملحة حتى يومنا هذا. دعونا ننظر في المشاكل الرئيسية التي تواجه الطب الفضاء وعلم الأحياء.

1. اختيار الموظفين المدربين للرحلات الفضائية، يمكن لحالتهم الصحية تلبية جميع متطلبات الأطباء (بما في ذلك السماح لرواد الفضاء على الصمود في التدريب والتدريب الصارم للرحلات الجوية).
2. مستوى لائق من التدريب والتوريد لجميع الطواقم الفضائية اللازمة.
3. توفير الأمن من جميع النواحي (بما في ذلك من التأثيرات المجهولة أو الأجنبية من الكواكب الأخرى) على سفن العمال وهياكل الطائرات.
4. إعادة التأهيل النفسي الفسيولوجي لرواد الفضاء عند عودتهم إلى الأرض.
5. تطوير أساليب لحماية رواد الفضاء والمركبات الفضائية من الإشعاع.
6. توفير الظروف المعيشية العادية في المقصورة أثناء الرحلات الجوية إلى الفضاء.
7. تطوير وتطبيق تقنيات الحاسوب الحديثة في مجال الطب الفضائي.
8. تنفيذ التطبيب عن بعد الفضائي والتكنولوجيا الأحيائية. استخدام أساليب هذه العلوم.
9. حل المشاكل الطبية والبيولوجية لرحلات مريحة لرواد الفضاء إلى المريخ والكواكب الأخرى.
10. توليف وكلاء الدوائية التي من شأنها حل مشكلة الأوكسجين في الفضاء.

تطوير وتحسين ومتكاملة في تطبيق أساليب البحوث الطبية والبيولوجية سيحل بالضرورة جميع المهام والمشاكل. ومع ذلك، عندما يحدث هذا - المسألة معقدة وغير متوقعة إلى حد بعيد.

وتجدر الإشارة إلى أن العلماء ليس فقط من روسيا، ولكن أيضا المجلس الأكاديمي من جميع البلدان وتشارك في حل جميع هذه القضايا. وهذا هو زائد كبير. بعد كل شيء، والبحوث المشتركة والبحث سيعطي نتيجة إيجابية أكبر وأسرع بشكل لا يقاس. إن التعاون العالمي الوثيق في حل مشاكل الفضاء هو مفتاح النجاح في تطوير الفضاء غير الكواكب.

الإنجازات الحديثة

وهذه الإنجازات كثيرة. بعد كل شيء، يتم كل يوم عمل مكثف وشامل ومضني، والذي يسمح لك لإيجاد المزيد والمزيد من المواد الجديدة، واستخلاص النتائج وصياغة الفرضيات.

وكان اكتشاف المياه على المريخ أحد أهم الاكتشافات في القرن الحادي والعشرين في علم الكونيات. وأدى ذلك على الفور إلى إثارة العشرات من الفرضيات حول وجود أو غياب الحياة على كوكب الأرض، وإمكانية نقل الأرواح إلى المريخ، وما إلى ذلك.

كان اكتشاف آخر أن العلماء قد حددت الفئة العمرية من خلاله الشخص بالراحة قدر الإمكان ودون عواقب وخيمة يمكن أن يكون في الفضاء. هذا يبدأ من سن 45 عاما وينتهي حوالي 55-60 سنة. الشباب الذين يذهبون إلى الفضاء، تعاني للغاية من الناحية النفسية والفسيولوجية لدى عودته إلى الأرض، فإنه من الصعب على التكيف وإعادة ترتيب.

تم اكتشاف مياه على سطح القمر (2009). تم العثور على الزئبق وكمية كبيرة من الفضة أيضا على الأقمار الصناعية للأرض.

أساليب الدراسات البيولوجية، فضلا عن الهندسة والمؤشرات المادية تسمح آمنة للاستنتاج بأن سلامة (على الأقل، لا تضر أكثر، من على وجه الأرض) تأثير الإشعاع الأيوني والإشعاع في الفضاء.

وقد أثبتت الدراسات العلمية أن بقاء فترة طويلة في الفضاء لا يفرض علامة على حالتهم الصحية من رواد الفضاء. ومع ذلك، ما زالت هناك مشاكل من حيث النفسية.

وكانت هناك دراسات تبين أن النباتات العليا تستجيب بشكل مختلف لوجود في جلد الكونية. وأظهرت بذور بعض النباتات في الدراسة عدم وجود التغيرات الجينية. آخرون، على النقيض من ذلك، أظهر سلالة واضح على المستوى الجزيئي.

التجارب التي أجريت على الخلايا والأنسجة من الكائنات الحية (الثدييات) تثبت أن المساحة لا يؤثر على الحالة الطبيعية وعمل هذه الهيئات.

أدت أنواع مختلفة من الأبحاث الطبية (التصوير المقطعي والرنين المغناطيسي، والدم والبول، تخطيط القلب، الأشعة المقطعية، وهلم جرا) إلى استنتاج مفاده أن الفسيولوجية، تظل الكيمياء الحيوية، والخصائص المورفولوجية من الخلايا البشرية دون تغيير عند البقاء في الفضاء تصل إلى 86 يوما.

في المختبر، وقد تم صوغه هو نظام الاصطناعي الذي يتيح لك الحصول على أقرب إلى حالة من انعدام الوزن وذلك استكشاف جميع جوانب آثار هذه الحالة على الجسم. تمكين هذا، بدوره، وضع مجموعة من التدابير الوقائية لمنع تأثير هذا العامل في رحلة الإنسان في انعدام الجاذبية.

أصبح نتائج علم الأحياء الخارجية دليل على وجود أنظمة العضوية هو المحيط الحيوي للأرض. حتى أصبح من الممكن صياغة النظرية الوحيدة من هذه الافتراضات، ولكن سرعان العلماء تخطط لإنتاج والأدلة العملية.

من خلال علماء الأحياء البحوث، وقد حدد علماء الفيزياء والأطباء وعلماء البيئة والكيمياء آليات عميقة عمل الناس على المحيط الحيوي. ولتحقيق ذلك تم ممكنا من خلال إنشاء النظم الإيكولوجية الاصطناعية من هذا الكوكب، وتوفر لهم نفس التأثير، وعلى الأرض.

انها ليست كل منجزات علم الأحياء الفضاء، علم الكونيات والطب اليوم، ولكن فقط أهمها. هناك امكانات كبيرة، تنفيذ والتي هي مهمة هذه العلوم من أجل المستقبل.

الحياة في الفضاء

وفقا لرأي الحديثة من الحياة في الفضاء قد تكون موجودة، لأن الاكتشافات الحديثة تؤكد وجود بعض الكواكب الظروف المناسبة لنشوء وتطور الحياة. ومع ذلك، وتنقسم آراء العلماء في هذه المسألة إلى قسمين:

• الحياة لا وجود لها في أي مكان آخر غير الأرض، لم تكن ولن تكون أبدا.
• الحياة في مساحات شاسعة من الفضاء، ولكن الناس لم تكتشف بعد.

أي من هذه الفرضية هو الصحيح - والامر متروك لكل شخص. الأدلة والدفوع، واحد، والآخر هو بما فيه الكفاية.