La scienza della biologia comprende molte sezioni diverse, scienze per bambini grandi e piccoli. E ognuno di essi è importante non solo nella vita umana, ma per il pianeta nel suo insieme.
Per il secondo secolo consecutivo, le persone stanno cercando di studiare non solo la diversità terrestre della vita in tutte le sue manifestazioni, ma anche di scoprire se c'è vita al di fuori del pianeta, nello spazio esterno. Questi problemi sono trattati da una scienza speciale: la biologia spaziale. Sarà discusso nella nostra recensione.
Sezione di biologia - Biologia spaziale
Questa scienza è relativamente giovane, ma si sta sviluppando molto intensamente. Gli aspetti principali dell'apprendimento sono:
- Fattori dello spazio esterno e loro influenza sugli organismi degli esseri viventi, l'attività vitale di tutti i sistemi viventi nello spazio o negli aerei.
- Lo sviluppo della vita sul nostro pianeta con la partecipazione dello spazio, l'evoluzione dei sistemi viventi e la probabilità dell'esistenza di biomassa al di fuori del nostro pianeta.
- Le possibilità di costruire sistemi chiusi e creare in essi condizioni di vita reali per un soggiorno confortevolesviluppo e crescita di organismi nello spazio esterno.
La medicina spaziale e la biologia sono scienze strettamente correlate che studiano congiuntamente lo stato fisiologico degli esseri viventi nello spazio, la loro prevalenza negli spazi interplanetari e l'evoluzione.
Grazie alla ricerca di queste scienze, è stato possibile selezionare le condizioni ottimali per trovare persone nello spazio, e senza causare alcun danno alla salute. Enorme materiale è stato raccolto sulla presenza della vita nello spazio, sulla capacità di piante e animali (unicellulari, multicellulari) di vivere e svilupparsi in assenza di gravità.
Storia dello sviluppo della scienza
Le radici della biologia spaziale risalgono a tempi antichi, quando filosofi e pensatori - scienziati naturali Aristotele, Eraclito, Platone e altri - osservavano il cielo stellato, cercando di identificare il rapporto della Luna e del Sole con la Terra, per comprendere le ragioni della loro influenza sui terreni agricoli e sugli animali.
Più tardi, nel Medioevo, iniziarono i tentativi di determinare la forma della Terra e spiegarne la rotazione. Per molto tempo c'è stata una teoria creata da Tolomeo. Ha parlato del fatto che la Terra è il centro dell'Universo e tutti gli altri pianeti e corpi celesti si muovono attorno ad essa (sistema geocentrico).
Tuttavia, c'era un altro scienziato, il polacco Nicolaus Copernicus, che ha dimostrato l'errore di queste affermazioni e ha proposto il suo sistema eliocentrico della struttura del mondo: al centro c'è il Sole e tutti i pianeti si muovono. Anche il Sole è una stella. Le sue opinioni furono sostenute dai seguaci di GiordanoBruno, Newton, Keplero, Galileo.
Tuttavia, la biologia spaziale come scienza è apparsa molto più tardi. Solo nel 20 ° secolo, lo scienziato russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ha sviluppato un sistema che consente alle persone di penetrare nelle profondità dello spazio e studiarle lentamente. È giustamente considerato il padre di questa scienza. Inoltre, le scoperte in fisica e astrofisica, chimica quantistica e meccanica di Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitza, Bogolyubov e altri hanno svolto un ruolo importante nello sviluppo della cosmobiologia.
Nuova ricerca scientifica, che ha permesso alle persone di effettuare voli nello spazio pianificati da tempo, ha permesso di identificare specifiche giustificazioni mediche e biologiche per la sicurezza e l'impatto delle condizioni extraterrestri formulate da Tsiolkovsky. Qual era la loro essenza?
- Agli scienziati è stata data una giustificazione teorica per l'effetto dell'assenza di gravità sugli organismi mammiferi.
- Ha modellato diverse variazioni delle condizioni spaziali in laboratorio.
- Opzioni suggerite agli astronauti per ottenere cibo e acqua con l'aiuto delle piante e la circolazione della materia.
Quindi fu Tsiolkovsky a stabilire tutti i postulati di base dell'astronautica, che oggi non hanno perso la loro rilevanza.
Mancanza di peso
La moderna ricerca biologica nel campo dello studio dell'influenza dei fattori dinamici sul corpo umano nello spazio consente agli astronauti di eliminare al massimo l'influenza negativa di questi stessi fattori.
Ci sono tre caratteristiche dinamiche principali:
- vibrazione;
- accelerazione;
- assenza di gravità.
L'effetto più insolito e importante sul corpo umano è l'assenza di gravità. Questo è uno stato in cui la forza di gravità scompare e non viene sostituita da altre influenze inerziali. In questo caso, una persona perde completamente la capacità di controllare la posizione del corpo nello spazio. Tale stato inizia già negli strati inferiori del cosmo e persiste in tutto il suo spazio.
Studi medici e biologici hanno dimostrato che i seguenti cambiamenti si verificano nel corpo umano in uno stato di assenza di gravità:
- Il battito cardiaco aumenta.
- I muscoli si rilassano (il tono scompare).
- Rendimento ridotto.
- Possibili allucinazioni spaziali.
Una persona in assenza di gravità è in grado di rimanere fino a 86 giorni senza danni alla salute. Ciò è stato dimostrato empiricamente e confermato da un punto di vista medico. Tuttavia, uno dei compiti della biologia spaziale e della medicina oggi è sviluppare una serie di misure per prevenire l'effetto dell'assenza di gravità sul corpo umano in generale, eliminare la fatica, aumentare e consolidare le normali prestazioni.
Ci sono una serie di condizioni che gli astronauti osservano per superare l'assenza di gravità e mantenere il controllo sul corpo:
- il design dell'aeromobile è rigorosamente conforme agli standard di sicurezza necessari per i passeggeri;
- Gli astronauti sono sempre accuratamente legati ai loro posti per evitare voli verso l' alto imprevisti;
- tutti gli articoli sulla nave sono rigorosamenteposto fisso e fissato adeguatamente per evitare lesioni;
- I liquidi vengono conservati solo in contenitori chiusi e sigillati.
Per ottenere buoni risultati nel superare l'assenza di gravità, gli astronauti seguono un addestramento completo sulla Terra. Ma, sfortunatamente, finora la ricerca scientifica moderna non consente di creare tali condizioni in laboratorio. Sul nostro pianeta non è possibile vincere la forza di gravità. È anche una delle sfide future per lo spazio e la biologia medica.
Forze G nello spazio (accelerazioni)
Un altro fattore importante che influenza il corpo umano nello spazio è l'accelerazione, o sovraccarico. L'essenza di questi fattori si riduce a una ridistribuzione irregolare del carico sul corpo durante i forti movimenti ad alta velocità nello spazio. Esistono due tipi principali di accelerazione:
- a breve termine;
- lungo.
Come dimostrano studi biomedici, entrambe le accelerazioni sono molto importanti nell'influenzare lo stato fisiologico del corpo dell'astronauta.
Quindi, ad esempio, sotto l'azione di accelerazioni a breve termine (durano meno di 1 secondo), possono verificarsi cambiamenti irreversibili nel corpo a livello molecolare. Inoltre, se gli organi non sono allenati, abbastanza deboli, c'è il rischio di rottura delle loro membrane. Tali influenze possono essere effettuate durante la separazione della capsula con l'astronauta nello spazio, durante la sua espulsioneo durante l'atterraggio di una nave in orbita.
Pertanto, è molto importante che gli astronauti si sottopongano a una visita medica approfondita e ad un certo allenamento fisico prima di volare nello spazio.
L'accelerazione a lunga durata si verifica durante il lancio e l'atterraggio di un razzo, così come durante il volo in alcuni luoghi spaziali nello spazio. L'effetto di tali accelerazioni sul corpo, secondo i dati forniti dalla ricerca medico scientifica, è il seguente:
- Il battito cardiaco e il battito accelerano;
- il respiro accelera;
- si verificano nausea e debolezza, pelle pallida;
- la vista soffre, appare una pellicola rossa o nera davanti agli occhi;
- può provare dolore alle articolazioni, agli arti;
- cali di tono dei tessuti muscolari;
- modifiche alla regolazione neuromorale;
- Lo scambio di gas nei polmoni e nel corpo nel suo insieme diventa diverso;
- può causare sudorazione.
Le forze G e l'assenza di gravità costringono gli scienziati medici a trovare modi diversi. permettendo di adattarsi, addestrare gli astronauti in modo che possano resistere all'azione di questi fattori senza conseguenze sulla salute e senza perdita di efficienza.
Uno dei modi più efficaci per addestrare gli astronauti ad accelerare è l'apparato centrifuga. È in esso che puoi osservare tutti i cambiamenti che si verificano nel corpo sotto l'azione dei sovraccarichi. Ti permette anche di allenarti e adattarti all'influenza di questo fattore.
Volo spaziale e medicina
I voli spaziali hanno sicuramente un impatto molto grande sulla salute delle persone, specialmente quelle che non sono addestrate o hanno malattie croniche. Pertanto, un aspetto importante è la ricerca medica di tutte le sottigliezze del volo, di tutte le reazioni del corpo agli effetti più diversi e incredibili delle forze extraterrestri.
Volare in assenza di gravità costringe la medicina e la biologia moderne a inventare e formulare (allo stesso tempo implementare, ovviamente) una serie di misure per fornire agli astronauti alimentazione, riposo, apporto di ossigeno, capacità di lavoro e così via normali.
Inoltre, la medicina è progettata per fornire ai cosmonauti un'assistenza decente in caso di situazioni di emergenza impreviste, nonché protezione dagli effetti di forze sconosciute di altri pianeti e spazi. È abbastanza difficile, richiede molto tempo e fatica, un'ampia base teorica, l'uso solo delle più moderne attrezzature e farmaci.
Inoltre, la medicina, insieme alla fisica e alla biologia, ha il compito di proteggere gli astronauti dai fattori fisici delle condizioni spaziali, quali:
- temperatura;
- radiazioni;
- pressione;
- meteoriti.
Pertanto, lo studio di tutti questi fattori e caratteristiche è molto importante.
Metodi di ricerca in biologia
La biologia spaziale, come qualsiasi altra scienza biologica, ha un certo insieme di metodi che consentono di condurre ricerche, accumulare materiale teorico e confermarlo con conclusioni pratiche. Questi metodi nel temporimangono invariati, vengono aggiornati e modernizzati secondo l'ora corrente. Tuttavia, i metodi di biologia storicamente stabiliti rimangono ancora rilevanti fino ad oggi. Questi includono:
- Osservazione.
- Sperimentazione.
- Analisi storica.
- Descrizione.
- Confronto.
Questi metodi di ricerca biologica sono basilari, rilevanti in ogni momento. Ma ce ne sono molti altri che sono sorti con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, della fisica elettronica e della biologia molecolare. Sono chiamati moderni e svolgono il ruolo più importante nello studio di tutti i processi biologico-chimici, medici e fisiologici.
Metodi moderni
- Metodi di ingegneria genetica e bioinformatica. Ciò include la trasformazione agrobatterica e balistica, la PCR (reazioni a catena della polimerasi). Il ruolo della ricerca biologica di questo tipo è grande, poiché sono loro che consentono di trovare opzioni per risolvere il problema dell'alimentazione e dell'ossigenazione di lanciarazzi e cabine per il comfort degli astronauti.
- Metodi di chimica e istochimica delle proteine . Consentono di controllare proteine ed enzimi nei sistemi viventi.
- Uso della microscopia a fluorescenza, microscopia a super risoluzione.
- L'uso della biologia molecolare e della biochimica e dei loro metodi di ricerca.
- La biotelemetria è un metodo che è il risultato di una combinazione di lavoro di ingegneri e medici su base biologica. Ti permette di controllare tutte le funzioni fisiologicamente importanti del lavoro.organismo a distanza utilizzando i canali di comunicazione radio del corpo umano e un registratore del computer. La biologia spaziale usa questo metodo come base per tracciare gli effetti delle condizioni spaziali sugli organismi degli astronauti.
- Indicazione biologica dello spazio interplanetario. Un metodo molto importante di biologia spaziale, che permette di valutare gli stati interplanetari dell'ambiente, di ottenere informazioni sulle caratteristiche dei diversi pianeti. La base qui è l'uso di animali con sensori integrati. Sono gli animali da esperimento (topi, cani, scimmie) che estraggono informazioni dalle orbite, che vengono utilizzate dagli scienziati terrestri per analisi e conclusioni.
Metodi moderni di ricerca biologica consentono di risolvere problemi avanzati non solo di biologia spaziale, ma anche universali.
Problemi di biologia spaziale
Tutti i metodi elencati di ricerca biomedica, purtroppo, non sono ancora riusciti a risolvere tutti i problemi della biologia spaziale. Ci sono una serie di questioni di attualità che rimangono urgenti fino ad oggi. Diamo un'occhiata alle principali sfide che la medicina spaziale e la biologia devono affrontare.
- Selezione di personale addestrato per il volo spaziale, le cui condizioni di salute potrebbero soddisfare tutti i requisiti dei medici (incluso consentire agli astronauti di sostenere un addestramento e un addestramento rigorosi per i voli).
- Dignitoso livello di formazione e fornitura di tutto il necessario per gli equipaggi degli spazi di lavoro.
- Garantire la sicurezza sotto tutti gli aspetti (anche da fattori di influenza sconosciuti o estraneida altri pianeti) navi da lavoro e strutture aeronautiche.
- Riabilitazione psicofisiologica degli astronauti al ritorno sulla Terra.
- Sviluppo di modi per proteggere gli astronauti e i veicoli spaziali dalle radiazioni.
- Garantire condizioni di vita normali nelle cabine durante i voli spaziali.
- Sviluppo e applicazione di tecnologie informatiche avanzate nella medicina spaziale.
- Introduzione alla telemedicina spaziale e alle biotecnologie. Utilizzando i metodi di queste scienze.
- Soluzione di problemi medici e biologici per comodi voli di astronauti su Marte e altri pianeti.
- Sintesi di agenti farmacologici che risolveranno il problema dell'apporto di ossigeno nello spazio.
I metodi di applicazione della ricerca biomedica sviluppati, migliorati e complessi risolveranno sicuramente tutti i compiti e i problemi esistenti. Tuttavia, quando questo avverrà è una domanda difficile e piuttosto imprevedibile.
Va notato che non solo gli scienziati russi, ma anche il Consiglio accademico di tutti i paesi del mondo si stanno occupando di tutti questi problemi. E questo è un grande vantaggio. Dopotutto, la ricerca e le ricerche congiunte daranno un risultato positivo sproporzionatamente maggiore e più rapido. Una stretta cooperazione globale nella risoluzione dei problemi spaziali è la chiave del successo nell'esplorazione dello spazio extraterrestre.
Risultati moderni
Ci sono molti di questi risultati. Dopotutto, ogni giorno viene svolto un lavoro intenso, accurato e scrupoloso, che ti consente di trovare sempre di piùmateriali, trarre conclusioni e formulare ipotesi.
Una delle scoperte più importanti del 21° secolo in cosmologia è stata la scoperta dell'acqua su Marte. Ciò ha dato immediatamente origine a dozzine di ipotesi sulla presenza o assenza di vita sul pianeta, sulla possibilità di reinsediamento dei terrestri su Marte, e così via.
Un' altra scoperta è stata che gli scienziati hanno determinato i limiti di età entro i quali una persona può essere nello spazio nel modo più confortevole e senza gravi conseguenze possibile. Questa età inizia dai 45 anni e termina intorno ai 55-60 anni. I giovani che vanno nello spazio soffrono estremamente psicologicamente e fisiologicamente al ritorno sulla Terra, adattandosi e ricostruindosi duramente.
L'acqua è stata scoperta anche sulla Luna (2009). Mercurio e una grande quantità di argento sono stati trovati anche sul satellite terrestre.
I metodi di ricerca biologica, così come gli indicatori ingegneristici e fisici, ci consentono di concludere con sicurezza che gli effetti delle radiazioni ioniche e dell'esposizione nello spazio sono innocui (almeno non più dannosi che sulla Terra).
Gli studi scientifici hanno dimostrato che una lunga permanenza nello spazio non influisce sulla salute fisica degli astronauti. Tuttavia, permangono problemi psicologici.
Sono stati condotti studi che dimostrano che le piante superiori reagiscono in modo diverso all'essere nello spazio. I semi di alcune piante nello studio non hanno mostrato alcun cambiamento genetico. Altri, invece, mostravano evidenti deformazioni a livello molecolare.
Esperienze,condotto su cellule e tessuti di organismi viventi (mammiferi) ha dimostrato che lo spazio non influisce sul normale stato e funzionamento di questi organi.
Vari tipi di studi medici (tomografia, risonanza magnetica, esami del sangue e delle urine, cardiogramma, tomografia computerizzata e così via) hanno portato alla conclusione che le caratteristiche fisiologiche, biochimiche e morfologiche delle cellule umane rimangono invariate durante la permanenza nello spazio fino a 86 giorni.
In condizioni di laboratorio è stato ricreato un sistema artificiale che permette di avvicinarsi il più possibile allo stato di assenza di gravità e studiare così tutti gli aspetti dell'effetto di questo stato sul corpo. Questo, a sua volta, ha permesso di sviluppare una serie di misure preventive per prevenire l'impatto di questo fattore durante un volo umano a gravità zero.
I risultati dell'esobiologia sono dati che indicano la presenza di sistemi organici al di fuori della biosfera terrestre. Finora è diventata possibile solo la formulazione teorica di queste ipotesi, ma presto gli scienziati intendono ottenere anche prove pratiche.
Grazie alla ricerca di biologi, fisici, medici, ecologisti e chimici, sono stati svelati i meccanismi profondi dell'impatto umano sulla biosfera. Ciò è stato possibile creando ecosistemi artificiali al di fuori del pianeta ed esercitando su di essi la stessa influenza che sulla Terra.
Questi non sono tutti i risultati della biologia spaziale, della cosmologia e della medicina oggi, ma solo i principali. C'è molto potenziale, la cui implementazione èil compito delle scienze elencate per il futuro.
Vita nello spazio
Secondo le idee moderne, la vita nello spazio può esistere, poiché recenti scoperte confermano la presenza su alcuni pianeti di condizioni idonee per l'emergere e lo sviluppo della vita. Tuttavia, le opinioni degli studiosi su questo tema si dividono in due categorie:
- La vita non è altro che la Terra, non è mai stata e non sarà mai;
- La vita esiste nelle vaste distese dello spazio esterno, ma le persone non l'hanno ancora scoperta.
Quale delle ipotesi è corretta - spetta a ciascun individuo decidere. Ci sono prove e confutazioni sufficienti sia per l'uno che per l' altro.
