Un mesaj despre rolul biologiei în spațiu. Cercetare medicală și biologică în spațiu. Prezentare pe tema: Rolul biologiei în explorarea spațiului

Știința biologiei include o mulțime de secțiuni diferite, științe subsidiare mari și mici. Și fiecare dintre ele este important nu numai în viața umană, ci și pentru întreaga planetă în ansamblu.

Pentru al doilea secol la rând, oamenii încearcă să studieze nu numai diversitatea pământească a vieții în toate manifestările ei, ci și să afle dacă există viață dincolo de planetă, în spațiul cosmic. Aceste probleme sunt tratate de o știință specială - biologia spațială. Acest lucru va fi discutat în recenzia noastră.

Capitol

Această știință este relativ tânără, dar se dezvoltă foarte intens. Principalele aspecte ale studiului sunt:

1. Factorii spațiului cosmic și influența lor asupra organismelor ființelor vii, activitatea vitală a tuturor sistemelor vii din spațiu sau aeronave.
2. Dezvoltarea vieții pe planeta noastră cu participarea spațiului, evoluția sistemelor vii și probabilitatea existenței biomasei în afara granițelor planetei noastre.
3. Posibilitatea de a construi sisteme închise și de a crea condiții reale de viață în ele pentru dezvoltarea și creșterea confortabilă a organismelor în spațiul cosmic.

Medicina spațială și biologia sunt științe strâns legate care studiază împreună starea fiziologică a ființelor vii în spațiu, prevalența lor în spațiile interplanetare și evoluția.

Datorită cercetărilor acestor științe, a devenit posibilă selectarea condițiilor optime pentru ca oamenii să rămână în spațiu, fără a provoca vreun rău sănătății. S-a colectat o cantitate imensă de material despre prezența vieții în spațiu, capacitățile plantelor și animalelor (unicelulare, multicelulare) de a trăi și de a se dezvolta în imponderabilitate.

Istoria dezvoltării științei

Rădăcinile biologiei spațiale se întorc din cele mai vechi timpuri, când filozofii și gânditorii - naturaliștii Aristotel, Heraclit, Platon și alții - au observat cerul înstelat, încercând să identifice relația Lunii și Soarelui cu Pământul, pentru a înțelege motivele lor. influența asupra terenurilor agricole și animalelor.

Mai târziu, în Evul Mediu, au început încercările de a determina forma Pământului și de a explica rotația acestuia. Multă vreme s-a auzit teoria creată de Ptolemeu. Ea a spus că Pământul este și toate celelalte planete și corpuri cerești se mișcă în jurul lui

Cu toate acestea, a existat un alt om de știință, polonezul Nicolaus Copernic, care a dovedit eroarea acestor afirmații și a propus propriul său sistem heliocentric al structurii lumii: în centru se află Soarele și toate planetele se mișcă. În plus, Soarele este și o stea. Părerile sale au fost susținute de adepții lui Giordano Bruno, Newton, Kepler și Galileo.

Cu toate acestea, a fost biologia spațială ca știință care a apărut mult mai târziu. Abia în secolul al XX-lea, omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky a dezvoltat un sistem care permite oamenilor să pătrundă în adâncurile spațiului și să le studieze încet. El este considerat pe drept părintele acestei științe. De asemenea, un rol major în dezvoltarea cosmobiologiei l-au avut descoperirile în fizică și astrofizică, chimie cuantică și mecanică ale lui Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitza, Bogolyubov și alții.

Noile cercetări științifice, care au permis oamenilor să efectueze zboruri planificate îndelung în spațiu, au făcut posibilă identificarea justificărilor medicale și biologice specifice pentru siguranța și influența condițiilor extraplanetare, care au fost formulate de Tsiolkovsky. Care a fost esența lor?

1. Oamenii de știință au primit o justificare teoretică pentru efectul imponderabilității asupra mamiferelor.
2. El a simulat mai multe opțiuni pentru crearea condițiilor de spațiu în laborator.
3. El a propus opțiuni pentru astronauți de a obține hrană și apă folosind plante și ciclul substanțelor.

Astfel, Ciolkovski a fost cel care a stabilit toate postulatele de bază ale astronauticii, care nu și-au pierdut actualitatea astăzi.

Imponderabilitate

Cercetările biologice moderne în domeniul studierii influenței factorilor dinamici asupra corpului uman în spațiu fac posibilă scutirea cât mai mult posibil a astronauților de influența negativă a acelorași factori.

Există trei caracteristici dinamice principale:

• vibrații;
• accelerare;
• imponderabilitate.

Cel mai neobișnuit și important efect asupra corpului uman este imponderabilitate. Aceasta este o stare în care forța gravitației dispare și nu este înlocuită de alte influențe inerțiale. În acest caz, persoana își pierde complet capacitatea de a controla poziția corpului în spațiu. Această stare începe deja în straturile inferioare ale spațiului și persistă în întreg spațiul său.

Studiile medicale și biologice au arătat că în starea de imponderabilitate apar următoarele modificări în corpul uman:

1. Ritmul cardiac crește.
2. Mușchii se relaxează (tonul dispare).
3. Performanța scade.
4. Halucinațiile spațiale sunt posibile.

O persoană poate rămâne în gravitate zero până la 86 de zile fără a afecta sănătatea. Acest lucru a fost dovedit experimental și confirmat medical. Cu toate acestea, una dintre sarcinile biologiei și medicinei spațiale de astăzi este de a dezvolta un set de măsuri pentru a preveni influența imponderabilității asupra corpului uman în general, a elimina oboseala, a crește și a consolida performanța normală.

Există o serie de condiții pe care astronauții le observă pentru a depăși imponderabilitate și pentru a menține controlul asupra corpului:

Pentru a obține rezultate bune în depășirea imponderabilitatii, astronauții urmează un antrenament complet pe Pământ. Dar, din păcate, tehnologiile moderne nu permit încă crearea unor astfel de condiții în laborator. Pe planeta noastră nu este posibil să depășim gravitația. Aceasta este, de asemenea, una dintre provocările viitoare pentru spațiu și biologia medicală.

Supraîncărcări în spațiu (accelerări)

Un alt factor important care afectează corpul uman în spațiu este accelerația sau supraîncărcarea. Esența acestor factori se rezumă la redistribuirea neuniformă a sarcinii asupra corpului în timpul mișcărilor puternice de mare viteză în spațiu. Există două tipuri principale de accelerație:

• Pe termen scurt;
• de lungă durată.

După cum arată cercetările biomedicale, ambele accelerații sunt foarte importante în influențarea stării fiziologice a corpului astronautului.

De exemplu, sub influența accelerațiilor pe termen scurt (acestea durează mai puțin de 1 secundă), pot apărea modificări ireversibile în organism la nivel molecular. De asemenea, dacă organele nu sunt antrenate și sunt suficient de slabe, există riscul de rupere a membranelor lor. Astfel de impacturi pot apărea atunci când o capsulă care conține un astronaut este separată în spațiu, când acesta este ejectat sau când o navă spațială aterizează pe orbită.

Prin urmare, este foarte important ca astronauții să fie supuși unui examen medical amănunțit și a unui anumit antrenament fizic înainte de a zbura în spațiu.

Accelerația pe termen lung are loc în timpul lansării și aterizării unei rachete, precum și în timpul zborului în unele locații spațiale din spațiu. Efectul unor astfel de accelerații asupra organismului, conform datelor furnizate de cercetarea medicală științifică, este următorul:

• bataile inimii si pulsul cresc;
• respirația se accelerează;
• se observă greață și slăbiciune, piele palidă;
• vederea suferă, în fața ochilor apare o peliculă roșie sau neagră;
• poate exista o senzație de durere la nivelul articulațiilor și membrelor;
• tonusul muscular scade;
• modificări de reglare neuroumorală;
• schimbul de gaze în plămâni și în organism în ansamblu devine diferit;
• pot apărea transpirații.

Supraîncărcările și imponderabilitate îi obligă pe medicii de știință să vină cu diverse metode. făcând posibilă adaptarea și pregătirea astronauților astfel încât aceștia să poată rezista efectelor acestor factori fără consecințe asupra sănătății și fără pierderi de performanță.

Una dintre cele mai eficiente moduri de a antrena astronauții pentru accelerare este o mașină de centrifugare. În ea puteți observa toate schimbările care apar în organism sub influența supraîncărcărilor. De asemenea, vă permite să vă antrenați și să vă adaptați la influența acestui factor.

Zborul spațial și medicina

Zborurile în spațiu au, desigur, un impact foarte mare asupra sănătății oamenilor, în special a celor care nu sunt instruiți sau au boli cronice. Prin urmare, un aspect important este cercetarea medicală a tuturor complexităților zborului, a tuturor reacțiilor corpului la cele mai diverse și incredibile influențe ale forțelor extraplanetare.

Zborul în gravitate zero obligă medicina și biologia modernă să inventeze și să formuleze (și în același timp să pună în aplicare, desigur) un set de măsuri pentru a asigura astronauților o alimentație normală, odihnă, aprovizionare cu oxigen, păstrarea capacității de lucru și așa mai departe.

În plus, medicina este concepută pentru a oferi astronauților asistență decentă în cazul unor situații de urgență neprevăzute, precum și protecție împotriva influenței forțelor necunoscute ale altor planete și spații. Acest lucru este destul de dificil, necesită mult timp și efort, o bază teoretică mare și utilizarea doar a celor mai recente echipamente și medicamente moderne.

În plus, medicina, împreună cu fizica și biologia, are sarcina de a proteja astronauții de factorii fizici ai condițiilor spațiale, cum ar fi:

• temperatura;
• radiații;
• presiune;
• meteoriți.

Prin urmare, studiul tuturor acestor factori și caracteristici este foarte important.

în biologie

Biologia spațială, ca orice altă știință biologică, are un anumit set de metode care îi permit să efectueze cercetări, să acumuleze material teoretic și să îl confirme cu concluzii practice. Aceste metode nu rămân neschimbate în timp, ci sunt supuse actualizărilor și modernizării în conformitate cu vremurile actuale. Cu toate acestea, metodele de biologie stabilite istoric rămân încă relevante până în prezent. Acestea includ:

1. Observare.
2. Experiment.
3. Analiza istorica.
4. Descriere.
5. Comparaţie.

Aceste metode de cercetare biologică sunt de bază și relevante în orice moment. Dar există o serie de altele care au apărut odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, fizicii electronice și biologiei moleculare. Ele sunt numite moderne și joacă cel mai mare rol în studiul tuturor proceselor biologice, chimice, medicale și fiziologice.

Metode moderne

1. Metode de inginerie genetică și bioinformatică. Aceasta include transformarea agrobacteriană și balistică, PCR (reacții în lanț a polimerazei). Rolul cercetării biologice de acest fel este mare, deoarece acestea fac posibilă găsirea de soluții la problema nutriției și a saturației de oxigen și a cabinelor pentru starea confortabilă a astronauților.
2. Metode de chimie și histochimie a proteinelor. Vă permite să controlați proteinele și enzimele din sistemele vii.
3. Folosind microscopia cu fluorescență, microscopie de super-rezoluție.
4. Utilizarea biologiei moleculare și a biochimieiși metodele lor de cercetare.
5. Biotelemetrie- o metodă care este rezultatul unei combinații a muncii inginerilor și medicilor pe o bază biologică. Vă permite să controlați toate funcțiile importante din punct de vedere fiziologic ale corpului la distanță folosind canale de comunicație radio între corpul uman și un înregistrator de computer. Biologia spațială folosește această metodă ca principală pentru a monitoriza efectele condițiilor spațiale asupra organismelor astronauților.
6. Indicația biologică a spațiului interplanetar. O metodă foarte importantă de biologie spațială, care permite evaluarea stărilor interplanetare ale mediului și obținerea de informații despre caracteristicile diferitelor planete. Baza aici este utilizarea animalelor cu senzori încorporați. Animalele de experiment (șoareci, câini, maimuțe) sunt cele care obțin informații de pe orbite, care sunt folosite de oamenii de știință pământeni pentru analize și concluzii.

Metodele moderne de cercetare biologică fac posibilă rezolvarea problemelor avansate nu numai în biologia spațială, ci și a celor universale.

Probleme de biologie spațială

Toate metodele enumerate de cercetare medicală și biologică, din păcate, nu au reușit încă să rezolve toate problemele biologiei spațiale. Există o serie de probleme presante care rămân presante până în prezent. Să luăm în considerare principalele probleme cu care se confruntă medicina și biologia spațială.

1. Selectarea personalului instruit pentru zborul spațial, a cărui stare de sănătate ar putea satisface toate cerințele medicale (inclusiv permițând astronauților să reziste la pregătire și pregătire riguroasă pentru zboruri).
2. Un nivel decent de pregătire și furnizare de muncitori ai echipajului spațial cu tot ce este necesar.
3. Asigurarea siguranței în toate privințele (inclusiv din cauza factorilor necunoscuți sau străini de influență de pe alte planete) a navelor de lucru și a structurilor aeronavelor.
4. Reabilitarea psihofiziologică a astronauților la întoarcerea pe Pământ.
5. Dezvoltarea modalităților de a proteja astronauții și de
6. Asigurarea condițiilor normale de viață în cabine în timpul zborurilor spațiale.
7. Dezvoltarea și aplicarea tehnologiilor informatice modernizate în medicina spațială.
8. Introducerea telemedicinei spațiale și a biotehnologiei. Folosind metodele acestor științe.
9. Rezolvarea problemelor medicale și biologice pentru zboruri confortabile ale astronauților către Marte și alte planete.
10. Sinteza agenților farmacologici care vor rezolva problema alimentării cu oxigen în spațiu.

Metodele de cercetare biomedicală dezvoltate, îmbunătățite și aplicate cuprinzător vor permite cu siguranță rezolvarea tuturor sarcinilor atribuite și a problemelor existente. Cu toate acestea, când se va întâmpla acest lucru este o întrebare complexă și destul de imprevizibilă.

Trebuie remarcat faptul că toate aceste probleme sunt abordate nu numai de oamenii de știință ruși, ci și de consiliul științific al tuturor țărilor lumii. Și acesta este un mare plus. La urma urmei, cercetările și căutările comune vor da un rezultat pozitiv disproporționat mai mare și mai rapid. Cooperarea globală strânsă în rezolvarea problemelor spațiale este cheia succesului în explorarea spațiului extraplanetar.

Realizări moderne

Există multe astfel de realizări. La urma urmei, se desfășoară zilnic o muncă intensivă, amănunțită și minuțioasă, ceea ce ne permite să găsim din ce în ce mai multe materiale noi, să tragem concluzii și să formulăm ipoteze.

Una dintre cele mai importante descoperiri ale secolului 21 în cosmologie a fost descoperirea apei pe Marte. Acest lucru a dat naștere imediat la zeci de ipoteze despre prezența sau absența vieții pe planetă, despre posibilitatea ca pământenii să se mute pe Marte și așa mai departe.

O altă descoperire a fost că oamenii de știință au determinat intervalul de vârstă în care o persoană se poate afla în spațiu cât mai confortabil și fără consecințe grave. Această vârstă începe de la 45 de ani și se termină la aproximativ 55-60 de ani. Tinerii care pleacă în spațiu suferă extrem de psihologic și fiziologic la întoarcerea pe Pământ și au dificultăți de adaptare și reconstrucție.

Apa a fost descoperită și pe Lună (2009). Mercur și cantități mari de argint au fost găsite și pe satelitul Pământului.

Metodele de cercetare biologică, precum și indicatorii de inginerie și fizici, ne permit să concluzionam cu încredere că efectele radiațiilor ionice și iradierii în spațiu sunt inofensive (cel puțin nu mai dăunătoare decât pe Pământ).

Cercetările științifice au demonstrat că o ședere lungă în spațiu nu lasă o amprentă asupra sănătății fizice a astronauților. Cu toate acestea, problemele rămân din punct de vedere psihologic.

Au fost efectuate studii care demonstrează că plantele superioare reacţionează diferit la aflarea în spaţiul cosmic. Semințele unor plante nu au prezentat modificări genetice în timpul studiului. Alții, dimpotrivă, au prezentat deformații evidente la nivel molecular.

Experimentele efectuate pe celule și țesuturi ale organismelor vii (mamifere) au dovedit că spațiul nu afectează starea normală și funcționarea acestor organe.

Diverse tipuri de studii medicale (tomografie, RMN, teste de sânge și urină, cardiogramă, tomografie computerizată și așa mai departe) au condus la concluzia că caracteristicile fiziologice, biochimice, morfologice ale celulelor umane rămân neschimbate în timpul unei șederi în spațiu de până la 86 de ani. zile.

În condiții de laborator, a fost recreat un sistem artificial care permite să se apropie cât mai mult de starea de imponderabilitate și să studieze astfel toate aspectele influenței acestei stări asupra organismului. Aceasta, la rândul său, a făcut posibilă dezvoltarea unui număr de măsuri preventive pentru a preveni efectele acestui factor în timpul zborului uman în gravitate zero.

Rezultatele exobiologiei au inclus date care indică prezența sistemelor organice în afara biosferei Pământului. Până acum, doar formularea teoretică a acestor ipoteze a devenit posibilă, dar în curând oamenii de știință plănuiesc să obțină dovezi practice.

Datorită cercetărilor efectuate de biologi, fizicieni, medici, ecologisti și chimiști, au fost identificate mecanisme profunde de influență umană asupra biosferei. Acest lucru a devenit posibil prin crearea unor ecosisteme artificiale în afara planetei și exercitând asupra lor aceeași influență ca și pe Pământ.

Acestea nu sunt toate realizările biologiei spațiale, cosmologiei și medicinei de astăzi, ci doar cele principale. Există un potențial mare, a cărui implementare este sarcina științelor enumerate pentru viitor.

Viața în spațiu

Potrivit ideilor moderne, viața în spațiu poate exista, deoarece descoperirile recente confirmă prezența pe unele planete a condițiilor potrivite pentru apariția și dezvoltarea vieții. Cu toate acestea, opiniile oamenilor de știință cu privire la această problemă sunt împărțite în două categorii:

• nu există viață nicăieri în afară de Pământ, nu a existat și nu va fi niciodată;
• Există viață în vastele întinderi ale spațiului cosmic, dar oamenii încă nu au descoperit-o.

Ce ipoteză este corectă rămâne la latitudinea fiecărui individ. Există suficiente dovezi și infirmații pentru ambele.

Lansarea primului satelit artificial al Pământului în 1957 și dezvoltarea ulterioară a astronauticii au pus probleme mari și complexe pentru diverse domenii ale științei. Au apărut noi ramuri ale cunoașterii. Unul din ei - biologie spațială.

În 1908, K. E. Tsiolkovsky și-a exprimat ideea că, după crearea unui satelit artificial Pământesc capabil să se întoarcă pe Pământ fără deteriorare, următorul pas ar fi rezolvarea problemelor biologice asociate cu asigurarea vieții echipajelor navelor spațiale. Într-adevăr, înainte ca primul pământean - cetățean al Uniunii Sovietice Yuri Alekseevich Gagarin - să plece în zborul spațial cu nava spațială Vostok-1, au fost efectuate cercetări medicale și biologice extinse pe sateliți artificiali Pământului și nave spațiale. Ei au transportat cobai, șoareci, câini, plante superioare și alge (chlorella), diverse microorganisme, semințe de plante, culturi de țesuturi umane și de iepure izolate și alte obiecte biologice în zborul spațial. Aceste experimente au permis oamenilor de știință să concluzioneze că viața în zborul spațial (cel puțin nu prea lung) este posibilă. Aceasta a fost prima realizare importantă a unui nou domeniu al științelor naturale - biologia spațială.

Șoarecii sunt testați în condiții de gravitate zero.

Care sunt sarcinile biologiei spațiale? Care este subiectul cercetării ei? Ce are special metodele pe care le folosește? Să răspundem mai întâi la ultima întrebare. Pe lângă metodele de cercetare fiziologică, genetică, radiobiologică, microbiologică și alte metode de cercetare biologică, biologia spațială utilizează pe scară largă realizările fizicii, chimiei, astronomiei, geofizicii, electronicii radio și a multor alte științe.

Rezultatele oricăror măsurători în timpul zborului trebuie transmise prin linii de telemetrie radio. Prin urmare, radiotelemetria biologică (biotelemetria) este principala metodă de cercetare. Este, de asemenea, un mijloc de control în timpul experimentelor în spațiul cosmic. Utilizarea radiotelemetriei lasă o anumită amprentă asupra metodologiei și tehnologiei experimentelor biologice. Faptul că în condiții terestre normale poate fi luat în considerare sau măsurat destul de ușor (de exemplu, semănați culturi de microorganisme, luați o probă pentru analiză, înregistrați-o, măsurați rata de creștere a plantelor sau bacteriilor, determinați intensitatea respirației, puls). rata etc.), în spațiu devine o problemă științifică și tehnică complexă. Mai ales dacă experimentul se desfășoară pe sateliți Pământului fără pilot sau pe nave spațiale fără echipaj. În acest caz, toate influențele asupra obiectului viu studiat și toate mărimile măsurate trebuie convertite, folosind senzori și dispozitive radio adecvate, în semnale electrice care îndeplinesc diferite roluri. Unele dintre ele pot servi drept comandă pentru orice manipulare cu plante, animale sau alte obiecte de studiu, altele poartă informații despre starea obiectului sau procesului studiat.

Astfel, metodele de biologie spațială se caracterizează printr-un grad înalt de automatizare și sunt strâns legate de electronica radio și ingineria electrică, telemetria radio și tehnologia computerelor. Cercetătorul trebuie să aibă o bună cunoaștere a tuturor acestor mijloace tehnice și, în plus, are nevoie de o cunoaștere profundă a mecanismelor diferitelor procese biologice.

Care sunt provocările cu care se confruntă biologia spațială? Cele mai importante trei dintre ele sunt: ​​1. Studiul influenței condițiilor de zbor spațial și a factorilor spațiali asupra organismelor vii de pe Pământ. 2. Studiul fundamentelor biologice ale asigurării vieții în timpul zborurilor spațiale, pe stații extraterestre și planetare. 3. Căutarea materiei vii și a substanțelor organice în spațiul cosmic și studiul caracteristicilor și formelor vieții extraterestre. Să vorbim despre fiecare dintre ele.

Biologia spațială este o ramură a biologiei care studiază trăsăturile existenței organismelor vii în condiții extraterestre, impactul factorilor cosmici asupra acestora, precum și posibilitatea existenței vieții pe alte planete.

Apariția și dezvoltarea biologiei spațiale este asociată cu succesele științei moderne și ale tehnologiei rachetelor, care au făcut posibilă efectuarea de zboruri dincolo de atmosfera Pământului.

Biologia spațială dezvoltă metode de cercetare și mijloace de asigurare a activității de viață a oamenilor și animalelor în condiții de zbor spațial, când diverși factori pot influența simultan un organism viu. În primul rând, aceasta este radiația ionizantă (a se vedea radiația cosmică), accelerația și imponderabilitate, precum și izolarea pe termen lung în condiții de activitate fizică limitată, o atmosferă artificială, unele caracteristici dietetice etc. Efectul acestor factori asupra oamenilor, animalele și plantele sunt studiate în condiții de laborator, simulând factori individuali ai zborului spațial, sau în zboruri pe sateliți artificiali Pământului și nave spațiale controlate direct de oameni.

La rezolvarea problemei existenței vieții pe alte planete, se studiază condițiile naturale ale acestor planete, se analizează compoziția meteoriților în comparație cu formele de manifestare a vieții pe Pământ în diferite condiții climatice (Arctica, Antarctica, munții, deserturi etc.).

Ca obiecte de cercetare sunt folosite animalele (maimuțe, câini, șoareci, cobai), insectele (muștele Drosophila etc.), plantele (alge unicelulare - semințe de grâu, mazăre, ceapă etc.).

Studiile asupra animalelor care au zburat cu diferite avioane (inclusiv rachete) au furnizat dovezi științifice ale posibilității zborurilor umane în spațiul cosmic.

În procesul cercetării medicale și biologice se studiază sistemele funcționale ale organismului (cardiovascular, respirator, digestiv etc.), caracterizându-i starea generală, limitele toleranței la efectele factorilor nocivi; efectuează studii ale funcțiilor de protecție ale organismului, studii biochimice ale sângelui, urinei, starea funcțiilor hematopoietice folosind metode citologice și histologice. Studiile genetice ale proceselor de transmitere a caracteristicilor ereditare și de creștere sub influența factorilor de zbor spațial sunt efectuate asupra plantelor și muștelor fructelor.

Metodele și echipamentele moderne sunt utilizate pe scară largă în cercetarea biologiei spațiale. Astfel, pentru studiul și monitorizarea stării diferitelor sisteme funcționale se folosesc echipamente electrofiziologice (electroencefalografe, electrocardiografie, miografe etc.); pentru a măsura parametrii fizici și fiziologici care caracterizează starea obiectului de studiu și condițiile sale de viață direct în zbor - metode telemetrice, televiziune, care vă permite să observați obiectul de la distanță, computere care fac posibilă prelucrarea în timp util și cu acuratețe a informațiilor necesar pentru a monitoriza starea unui obiect viu situat în cabina unei nave spațiale.

Datele obținute cu privire la efectul factorilor individuali ai zborului spațial asupra organismelor vii au făcut posibilă dezvoltarea măsurilor de protecție pentru siguranța zborurilor umane în spațiu - cabine ermetice, mijloace de protecție împotriva radiațiilor ionizante etc. (vezi Medicina spațială).

O problemă mare și foarte complexă a biologiei spațiale este dezvoltarea mijloacelor de asigurare a vieții umane normale în timpul zborului în spațiu. Alegerea unui sistem adecvat de susținere a vieții pentru un astronaut este determinată de durata zborului în spațiu. Astfel, pentru un zbor care durează doar câteva zile, se folosește un sistem de susținere a vieții, bazat pe utilizarea alimentelor, apei și oxigenului prelevate de pe Pământ sau a unor compuși chimici foarte eficienți care absorb și eliberează oxigen.

La zborurile spațiale de lungă durată către alte planete ale sistemului solar, când proviziile luate de pe Pământ nu pot asigura astronauții, vor fi utilizate sisteme de susținere a vieții mai complexe, bazate pe circulația biologică a substanțelor din cabina navei. În acest sens, se desfășoară lucrări experimentale pentru fundamentarea principiilor și metodelor de asigurare a condițiilor necesare vieții umane în cabina unei nave spațiale.

Pentru a asigura aerul astronauților se folosesc metode fizice sau fizico-chimice ale mediului gazos al cabinelor, adică transformarea aerului uzat în aer adecvat pentru respirație, cu un ușor adaos de aer proaspăt, neregenerat din rezervele prelevate de pe Pământ.

Sistemul de alimentare cu apă presupune recuperarea apei din deșeurile umane (aer expirat, urină). Prin distilare, electroosmoză, purificare cu rășini schimbătoare de ioni etc. se poate obține apă potrivită pentru băut.

Pentru a asigura astronauților nutrienții necesari, se creează comunități biologice: plantă - animal - uman. În acest scop, nava poate folosi alge (de exemplu, chlorella), culturi de grădină, zoo- și fitoplancton, păsări de curte, iepuri etc. Crearea unor astfel de sisteme este o condiție necesară pentru asigurarea zborului uman către alte planete ale sistemului solar. .

În general, realizările științifice ale biologiei spațiale au avut o mare influență asupra dezvoltării biologiei generale și au contribuit la succesul medicinei spațiale în rezolvarea problemelor de asigurare a zborurilor spațiale umane.

Slide 1

Descriere slide:

Slide 2

Descriere slide:

Slide 3

Descriere slide:

Slide 4

Descriere slide:

Slide 5

Descriere slide:

Slide 6

Descriere slide:

Importante pentru dezvoltarea în continuare a cercetării ecofiziologice au fost experimentele pe biosatelitul sovietic Cosmos-110 cu doi câini la bord și pe biosatelitul american Bios-3, care avea la bord o maimuță. În timpul unui zbor de 22 de zile, câinii au fost expuși pentru prima dată nu numai influenței unor factori inevitabil inerenți, ci și unui număr de influențe speciale (iritarea nervului sinusal cu curent electric, compresia arterelor carotide etc. .), care aveau ca scop elucidarea trăsăturilor reglării nervoase a circulației sângelui în condiții de imponderabilitate. Tensiunea arterială la animale a fost înregistrată direct. În timpul zborului maimuței pe biosatelitul Bios-3, care a durat 8,5 zile, au fost descoperite modificări serioase ale ciclurilor somn-veghe (fragmentarea stărilor de conștiență, tranziții rapide de la somnolență la veghe, o reducere vizibilă a fazelor de somn asociate cu vise și profunde). somn), precum și perturbarea ritmului zilnic al unor procese fiziologice. Moartea animalului, care a urmat la scurt timp după încheierea timpurie a zborului, s-a datorat, potrivit unui număr de experți, influenței imponderabilității, care a dus la redistribuirea sângelui în organism, pierderea de lichid și perturbarea metabolismul potasiului și sodiului.

Slide 7

Descriere slide:

Slide 8

Descriere slide:

Slide 9

Descriere slide:

Cercetările în biologia spațială au făcut posibilă dezvoltarea unui număr de măsuri de protecție și au pregătit posibilitatea unui zbor uman în siguranță în spațiu, care a fost efectuat de zboruri ale navelor sovietice și apoi americane cu oameni la bord. Semnificația biologiei spațiale nu se oprește aici. Cercetările în acest domeniu vor continua să fie deosebit de necesare pentru a rezolva o serie de probleme, în special pentru explorarea biologică a noilor rute spațiale. Acest lucru va necesita dezvoltarea de noi metode de biotelemetrie (o metodă pentru studiul de la distanță al fenomenelor biologice și măsurarea indicatorilor biologici), crearea de dispozitive implantabile pentru telemetrie mică (un set de tehnologii care permit furnizarea de măsurători și colectare de informații la distanță). operatorului sau utilizatorului), conversia diferitelor tipuri de energie care apar în organism în energia electrică necesară pentru alimentarea unor astfel de dispozitive, noi metode de „comprimare” a informațiilor etc. Biologia spațială va juca, de asemenea, un rol extrem de important în dezvoltarea de biocomplexe, sau sisteme ecologice închise cu organisme autotrofe și heterotrofe, necesare zborurilor de lungă durată.

Slide 1

Pentru a înțelege rolul biologiei în explorarea spațiului, trebuie să apelăm la biologia spațială. Biologia spațială este un complex de științe predominant biologice care studiază: 1) caracteristicile activității vitale a organismelor terestre în spațiul cosmic și în timpul zborurilor pe nave spațiale 2) principiile construirii sistemelor biologice pentru susținerea vieții membrilor echipajului navelor și stațiilor spațiale. 3) forme de viață extraterestre.

Rolul biologiei în explorarea spațiului

Slide 2

Biologia spațială este o știință sintetică care a reunit într-un singur întreg realizările diferitelor ramuri ale biologiei, medicinei aviatice, astronomiei, geofizicii, electronicii radio și a multor alte științe și și-a creat propriile metode de cercetare pe baza acestora. Lucrările privind biologia spațială se desfășoară pe diverse tipuri de organisme vii, de la viruși la mamifere.

Slide 3

Sarcina principală a biologiei spațiale este de a studia influența factorilor de zbor în spațiu (accelerație, vibrații, imponderabilitate, mediu gazos alterat, mobilitate limitată și izolare completă în volume închise sigilate etc.) și spațiul exterior (vid, radiații, câmp magnetic redus). puterea etc.). Cercetările în biologia spațială se desfășoară în experimente de laborator care, într-o măsură sau alta, reproduc influența factorilor individuali ai zborului spațial și spațiului cosmic. Cu toate acestea, cele mai semnificative sunt experimentele biologice de zbor, în timpul cărora este posibil să se studieze influența unui complex de factori de mediu neobișnuiți asupra unui organism viu.

Slide 4

Cobai, șoareci, câini, plante superioare și alge (chlorella), diverse microorganisme, semințe de plante, culturi de țesuturi umane și de iepure izolate și alte obiecte biologice au fost trimise în zboruri pe sateliți artificiali Pământului și nave spațiale.

Slide 5

În zonele de intrare pe orbită, animalele au prezentat o accelerare a ritmului cardiac și a respirației, care a dispărut treptat după ce nava spațială a trecut la zborul orbital. Cel mai important efect imediat al accelerației este modificările ventilației pulmonare și redistribuirea sângelui în sistemul vascular, inclusiv în circulația pulmonară, precum și modificări în reglarea reflexă a circulației sanguine. Normalizarea pulsului după expunerea la accelerații în gravitație zero are loc mult mai lent decât după testele într-o centrifugă în condițiile Pământului. Atât valorile medii, cât și cele absolute ale pulsului în gravitate zero au fost mai mici decât în ​​experimentele de simulare corespunzătoare de pe Pământ și au fost caracterizate de fluctuații pronunțate. Analiza activității motorii a câinilor a arătat o adaptare destul de rapidă la condiții neobișnuite de imponderabilitate și restabilirea capacității de coordonare a mișcărilor. Aceleași rezultate au fost obținute în experimente pe maimuțe. Studiile asupra reflexelor condiționate la șobolani și cobai după întoarcerea lor din zborul spațial au stabilit absența modificărilor în comparație cu experimentele dinainte de zbor.

Slide 6

Importante pentru dezvoltarea în continuare a cercetării ecofiziologice au fost experimentele pe biosatelitul sovietic Cosmos-110 cu doi câini la bord și pe biosatelitul american Bios-3, care avea la bord o maimuță. În timpul unui zbor de 22 de zile, câinii au fost expuși pentru prima dată nu numai influenței unor factori inevitabil inerenți, ci și unui număr de influențe speciale (iritarea nervului sinusal cu curent electric, compresia arterelor carotide etc. .), care aveau ca scop elucidarea trăsăturilor reglării nervoase a circulației sângelui în condiții de imponderabilitate. Tensiunea arterială la animale a fost înregistrată direct. În timpul zborului maimuței pe biosatelitul Bios-3, care a durat 8,5 zile, au fost descoperite modificări serioase ale ciclurilor somn-veghe (fragmentarea stărilor de conștiență, tranziții rapide de la somnolență la veghe, o reducere vizibilă a fazelor de somn asociate cu vise și profunde). somn), precum și perturbarea ritmului zilnic al unor procese fiziologice. Moartea animalului, care a urmat la scurt timp după încheierea timpurie a zborului, s-a datorat, potrivit unui număr de experți, influenței imponderabilității, care a dus la redistribuirea sângelui în organism, pierderea de lichid și perturbarea metabolismul potasiului și sodiului.

Slide 7

Studiile genetice efectuate pe zborurile spațiale orbitale au arătat că expunerea în spațiul cosmic are un efect stimulativ asupra semințelor uscate de ceapă și nigella. Accelerarea diviziunii celulare a fost descoperită la răsadurile de mazăre, porumb și grâu. În cultura unei rase rezistente la radiații de actinomicete (bacterii), au existat de 6 ori mai mulți spori supraviețuitori și colonii în curs de dezvoltare, în timp ce într-o tulpină sensibilă la radiații (o cultură pură de viruși, bacterii, alte microorganisme sau o cultură celulară izolată la un anumit timp și loc) s-a înregistrat o scădere de 12 ori a indicatorilor corespunzători. Studiile post-zbor și analiza informațiilor obținute au arătat că un zbor spațial pe termen lung este însoțit la mamiferele extrem de organizate de dezvoltarea dezantrenării sistemului cardiovascular, o încălcare a metabolismului apă-sare, în special o scădere semnificativă a calciului. continut in oase.

Slide 8

Ca rezultat al cercetărilor biologice efectuate pe rachete balistice și de mare altitudine, sateliți, sateliți și alte nave spațiale, s-a stabilit că o persoană poate trăi și lucra în condiții de zbor spațial pentru o perioadă relativ lungă de timp. S-a demonstrat că imponderabilitate reduce toleranța organismului la activitatea fizică și îngreunează readaptarea la condițiile normale (pământene) de gravitație. Un rezultat important al cercetării biologice în spațiu este stabilirea faptului că imponderabilitate nu are activitate mutagenă, cel puțin în raport cu mutațiile genice și cromozomiale. Atunci când se pregătesc și se efectuează cercetări ecofiziologice și ecobiologice ulterioare în zborurile spațiale, se va acorda o atenție principală studierii influenței imponderabilității asupra proceselor intracelulare, efectelor biologice ale particulelor grele cu o sarcină mare, ritmului zilnic al proceselor fiziologice și biologice și efectele combinate ale unui număr de factori de zbor spațial.

Slide 9

Cercetările în biologia spațială au făcut posibilă dezvoltarea unui număr de măsuri de protecție și au pregătit posibilitatea unui zbor uman în siguranță în spațiu, care a fost efectuat de zboruri ale navelor sovietice și apoi americane cu oameni la bord. Semnificația biologiei spațiale nu se oprește aici. Cercetările în acest domeniu vor continua să fie deosebit de necesare pentru a rezolva o serie de probleme, în special pentru explorarea biologică a noilor rute spațiale. Acest lucru va necesita dezvoltarea de noi metode de biotelemetrie (o metodă pentru studiul de la distanță al fenomenelor biologice și măsurarea indicatorilor biologici), crearea de dispozitive implantabile pentru telemetrie mică (un set de tehnologii care permit furnizarea de măsurători și colectare de informații la distanță). operatorului sau utilizatorului), conversia diferitelor tipuri de energie care apar în organism în energia electrică necesară pentru alimentarea unor astfel de dispozitive, noi metode de „comprimare” a informațiilor etc. Biologia spațială va juca, de asemenea, un rol extrem de important în dezvoltarea de biocomplexe, sau sisteme ecologice închise cu organisme autotrofe și heterotrofe, necesare zborurilor de lungă durată.