Űrbiológia. A biológiai kutatás modern módszerei

2024 Szerző: Angel Austin | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 05:29

A biológia tudománya sok különböző részből áll, nagy és kisgyermekek tudományaiból. És mindegyik fontos nemcsak az emberi életben, hanem a bolygó egésze számára.

Az emberek már második évszázada próbálják nem csak az élet földi sokféleségét tanulmányozni annak minden megnyilvánulásában, hanem azt is, hogy van-e élet a bolygón kívül, a világűrben. Ezekkel a kérdésekkel egy speciális tudomány – az űrbiológia – foglalkozik. Áttekintésünkben szó lesz róla.

Biológiai szekció – Űrbiológia

Ez a tudomány viszonylag fiatal, de nagyon intenzíven fejlődik. A tanulás fő szempontjai a következők:

1. A világűr tényezői és befolyásuk az élőlények szervezeteire, az űrben vagy a repülőgépeken lévő összes élő rendszer létfontosságú tevékenységére.
2. Az élet fejlődése bolygónkon az űr részvételével, az élő rendszerek evolúciója és a biomassza bolygónkon kívüli létezésének valószínűsége.
3. Zárt rendszerek kiépítésének és valós életkörülmények megteremtésének lehetőségei azokban a kényelem érdekébenélőlények fejlődése és növekedése a világűrben.

Az űrgyógyászat és a biológia egymással szorosan összefüggő tudományok, amelyek közösen vizsgálják az élőlények fiziológiai állapotát az űrben, elterjedtségüket a bolygóközi terekben és az evolúciót.

E tudományok kutatásának köszönhetően lehetővé vált az optimális feltételek kiválasztása az emberek megtalálásához az űrben, anélkül, hogy az egészséget károsította volna. Hatalmas anyagot gyűjtöttek össze az élet térbeli jelenlétéről, a növények és állatok (egysejtűek, többsejtűek) súlytalanságban való élet- és fejlődési képességéről.

A tudomány fejlődésének története

Az űrbiológia gyökerei az ókorba nyúlnak vissza, amikor filozófusok és gondolkodók – természettudósok Arisztotelész, Hérakleitosz, Platón és mások – figyelték a csillagos eget, megpróbálva azonosítani a Hold és a Nap kapcsolatát a Földdel., hogy megértsük a mezőgazdasági földekre és állatokra gyakorolt hatásuk okait.

Később, a középkorban megkezdődtek a kísérletek a Föld alakjának meghatározására és forgásának magyarázatára. Sokáig létezett egy Ptolemaiosz által megalkotott elmélet. Arról beszélt, hogy a Föld az Univerzum középpontja, és minden más bolygó és égitest mozog körülötte (geocentrikus rendszer).

Volt azonban egy másik tudós, a lengyel Nicolaus Kopernikusz, aki bebizonyította ezeknek az állításoknak a hamisságát, és javasolta a saját, heliocentrikus világszerkezeti rendszerét: a középpontban a Nap, és minden bolygó mozog. A Nap is csillag. Nézeteit Giordano követői támogattákBruno, Newton, Kepler, Galileo.

A térbiológia mint tudomány azonban jóval később jelent meg. Csak a 20. században az orosz tudós, Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij kifejlesztett egy olyan rendszert, amely lehetővé teszi az emberek számára, hogy behatoljanak a világűr mélyébe, és lassan tanulmányozzák azokat. Joggal tekintik e tudomány atyjának. Emellett Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitza, Bogolyubov és mások fizika és asztrofizika, kvantumkémia és mechanika felfedezései nagy szerepet játszottak a kozmobiológia fejlődésében.

Az új tudományos kutatások, amelyek lehetővé tették az emberek számára, hogy régóta tervezett repüléseket hajtsanak végre az űrbe, lehetővé tették a Ciolkovszkij által megfogalmazott földönkívüli körülmények biztonságának és hatásának konkrét orvosi és biológiai indokainak azonosítását. Mi volt a lényegük?

1. A tudósok elméleti igazolást kaptak a súlytalanság emlősökre gyakorolt hatásáról.
2. A térviszonyok számos változatát modellezte a laborban.
3. Javasolt lehetőségek az űrhajósoknak, hogy táplálékot és vizet szerezzenek növények segítségével és az anyag keringésével.

Így Ciolkovszkij volt az, aki lefektette az űrhajózás összes alapvető posztulátumát, amelyek ma sem veszítették el relevanciájukat.

Súlytalanság

A modern biológiai kutatások a dinamikus tényezők emberi testre gyakorolt hatásának tanulmányozása területén az űrben lehetővé teszik az űrhajósok számára, hogy maximálisan megszabaduljanak ugyanezen tényezők negatív hatásától.

Három fő dinamikus jellemző van:

• rezgés;
• gyorsítás;
• súlytalanság.

A legszokatlanabb és legfontosabb hatás az emberi testre a súlytalanság. Ez egy olyan állapot, amelyben a gravitációs erő eltűnik, és nem váltja fel más tehetetlenségi hatás. Ebben az esetben egy személy teljesen elveszíti azt a képességét, hogy ellenőrizni tudja a test helyzetét a térben. Ez az állapot már a kozmosz alsóbb rétegeiben kezdődik, és az egész térben fennmarad.

Orvosi és biológiai vizsgálatok kimutatták, hogy a súlytalanság állapotában a következő változások következnek be az emberi testben:

1. A szívverés fokozódik.
2. Az izmok ellazulnak (a tónus elmúlik).
3. Csökkent teljesítmény.
4. Lehetséges térbeli hallucinációk.

Egy súlytalanságban lévő személy akár 86 napig is képes maradni egészségkárosodás nélkül. Ezt empirikusan igazolták és orvosi szempontból is megerősítették. Az űrbiológia és az orvostudomány mai feladatai közé tartozik azonban egy olyan intézkedéscsomag kidolgozása, amely megakadályozza a súlytalanság általános emberi szervezetre gyakorolt hatását, megszünteti a fáradtságot, növeli és megszilárdítja a normál teljesítményt.

Az űrhajósok számos körülményt figyelnek meg a súlytalanság leküzdése és a test feletti kontroll megőrzése érdekében:

• a repülőgép kialakítása szigorúan megfelel az utasokra vonatkozó biztonsági előírásoknak;
• az űrhajósokat mindig gondosan rögzítik az ülésükre, hogy elkerüljék az előre nem látható felfelé repüléseket;
• a hajón lévő összes tétel szigorúanrögzített helyen és megfelelően rögzítve a sérülések elkerülése érdekében;
• A folyadékokat csak zárt, zárt tartályokban tároljuk.

A súlytalanság leküzdésében jó eredmények elérése érdekében az űrhajósok alapos kiképzésen vesznek részt a Földön. Sajnos azonban a modern tudományos kutatások eddig nem teszik lehetővé ilyen feltételek megteremtését a laboratóriumban. Bolygónkon nem lehet leküzdeni a gravitációs erőt. Ez az egyik jövőbeli kihívás az űrbiológia és az orvosbiológia számára is.

G-erők a térben (gyorsulások)

A világűrben az emberi testet befolyásoló másik fontos tényező a gyorsulás vagy túlterhelés. Ezeknek a tényezőknek a lényege a test terhelésének egyenetlen újraelosztása az erős, nagy sebességű térbeli mozgások során. A gyorsításnak két fő típusa van:

• rövid távú;
• hosszú.

Amint azt az orvosbiológiai vizsgálatok mutatják, mindkét gyorsulás nagyon fontos az űrhajós testének fiziológiai állapotának befolyásolásában.

Így például rövid távú gyorsulások hatására (kevesebb, mint 1 másodpercig tartanak) a szervezetben molekuláris szinten visszafordíthatatlan változások következhetnek be. Továbbá, ha a szervek nem edzettek, elég gyengék, fennáll a membránok megrepedésének veszélye. Ilyen hatások végrehajthatók a kapszula szétválasztása során az űrhajóssal az űrben, kilökése soránvagy amikor egy hajót pályára állítanak.

Ezért nagyon fontos, hogy az űrhajósok alapos orvosi vizsgálaton esnek át, és bizonyos fizikai képzésen esnek át, mielőtt az űrbe repülnének.

Hosszú hatású gyorsulás a rakéta indításakor és leszállásakor, valamint repülés közben az űr egyes térbeli helyein jelentkezik. Az ilyen gyorsulások hatása a szervezetre a tudományos orvosi kutatások adatai szerint a következő:

• szívverés és pulzus felgyorsul;
• gyorsul a légzés;
• hányinger és gyengeség, sápadt bőr jelentkezik;
• a látás romlik, vörös vagy fekete filmréteg jelenik meg a szem előtt;
• fájdalmat érezhet az ízületekben, a végtagokban;
• az izomtónus csökken;
• neuromorális szabályozás megváltozik;
• a gázcsere a tüdőben és a test egészében eltérővé válik;
• izzadást okozhat.

A G-erők és a súlytalanság arra kényszeríti az orvostudósokat, hogy különböző módszereket dolgozzanak ki. lehetővé teszi az űrhajósok alkalmazkodását, képzését, hogy egészségügyi következmények és hatékonyságvesztés nélkül ellenállhassanak ezeknek a tényezőknek.

Az űrhajósok gyorsulásra való betanításának egyik leghatékonyabb módja a centrifuga. Ebben megfigyelheti a testben a túlterhelés hatására bekövetkező összes változást. Lehetővé teszi az edzést és ennek a tényezőnek a hatásához való alkalmazkodást is.

Űrrepülés és orvostudomány

Az űrrepülések minden bizonnyal nagyon nagy hatással vannak az emberek egészségére, különösen a képzetlenek vagy krónikus betegségekben szenvedőkre. Ezért fontos szempont a repülés minden finomságának, a testnek a földönkívüli erők legkülönfélébb és leghihetetlenebb hatásaira adott reakcióinak orvosi kutatása.

A súlytalanságban való repülés arra kényszeríti a modern orvostudományt és biológiát, hogy találjon ki és dolgozzon ki (természetesen egyidejűleg hajtson végre) egy olyan intézkedéscsomagot, amely biztosítja az űrhajósok normális táplálkozását, pihenését, oxigénellátását, munkaképességét és így tovább.

Ezenkívül az orvostudomány célja, hogy tisztességes segítséget nyújtson az űrhajósoknak előre nem látható, vészhelyzetekben, valamint védelmet nyújtson más bolygók és terek ismeretlen erőinek hatásai ellen. Meglehetősen nehéz, sok időt és erőfeszítést igényel, nagy elméleti bázist, csak a legújabb modern eszközök és gyógyszerek használatát.

Ezenkívül az orvostudománynak a fizikával és a biológiával együtt az a feladata, hogy megvédje az űrhajósokat az űrviszonyok fizikai tényezőitől, mint például:

• hőmérséklet;
• sugárzás;
• nyomás;
• meteoritok.

Ezért nagyon fontos mindezen tényezők és jellemzők tanulmányozása.

Kutatási módszerek a biológiában

Az űrbiológiának, mint minden más biológiai tudománynak, van egy bizonyos módszere, amely lehetővé teszi a kutatások elvégzését, az elméleti anyagok felhalmozását és gyakorlati következtetésekkel való megerősítését. Ezek a módszerek idővelváltozatlanok maradnak, az aktuális időnek megfelelően frissítik és korszerűsítik. A biológia történetileg kialakult módszerei azonban a mai napig aktuálisak. Ezek a következők:

1. Megfigyelés.
2. Kísérlet.
3. Történelmi elemzés.
4. Leírás.
5. Összehasonlítás.

Ezek a biológiai kutatási módszerek alapvetőek, mindenkor relevánsak. De számos más is felmerült a tudomány és a technológia, az elektronikus fizika és a molekuláris biológia fejlődésével. Ezeket modernnek nevezik, és a legnagyobb szerepet töltik be az összes biológiai-kémiai, orvosi és élettani folyamat tanulmányozásában.

Modern módszerek

1. A géntechnológia és bioinformatika módszerei. Ide tartozik az agrobakteriális és ballisztikus transzformáció, a PCR (polimeráz láncreakció). Az ilyen jellegű biológiai kutatások szerepe nagy, hiszen ezek teszik lehetővé az űrhajósok kényelmét szolgáló rakétakilövők és kabinok táplálásának és oxigénnel való ellátásának megoldását.
2. A fehérjekémia és hisztokémia módszerei. Lehetővé teszi a fehérjék és enzimek szabályozását az élő rendszerekben.
3. Fluoreszcens mikroszkóppal, szuperfelbontású mikroszkóppal.
4. A molekuláris biológia és biokémia alkalmazása és kutatási módszerei.
5. A biotelemetria egy olyan módszer, amely mérnökök és orvosok biológiai alapon végzett munkájának eredménye. Lehetővé teszi a munka összes fiziológiailag fontos funkciójának ellenőrzését.szervezet távolról az emberi test rádiókommunikációs csatornái és egy számítógépes rögzítő segítségével. Az űrbiológia ezt a módszert használja az űrviszonyoknak az űrhajósok szervezetére gyakorolt hatásának nyomon követésére.
6. A bolygóközi tér biológiai jelzése. Az űrbiológia nagyon fontos módszere, amely lehetővé teszi a környezet bolygóközi állapotainak felmérését, a különböző bolygók jellemzőiről való információszerzést. Az alap itt a beépített érzékelőkkel rendelkező állatok használata. Kísérleti állatok (egerek, kutyák, majmok) nyernek ki információkat a pályákról, amelyeket a földi tudósok elemzésekhez és következtetésekhez használnak fel.

A biológiai kutatás modern módszerei nemcsak az űrbiológia fejlett problémáinak megoldását teszik lehetővé, hanem univerzálisak is.

Az űrbiológia problémái

Az orvosbiológiai kutatás felsorolt módszerei sajnos még nem voltak képesek megoldani az űrbiológia összes problémáját. Számos aktuális kérdés a mai napig sürgős. Vessünk egy pillantást az űrgyógyászat és a biológia előtt álló fő kihívásokra.

1. Olyan képzett személyzet kiválasztása űrrepülésre, akiknek egészségi állapota megfelel az orvosok minden követelményének (beleértve az űrhajósok számára, hogy ellenálljanak a szigorú kiképzésnek és a repülési kiképzésnek).
2. Megfelelő szintű képzés és minden szükséges felszerelés a munkaterületen dolgozó személyzet számára.
3. A biztonság biztosítása minden tekintetben (beleértve az ismeretlen vagy idegen hatástényezőket ismás bolygókról) működő hajók és repülőgép-szerkezetek.
4. Az űrhajósok pszicho-fiziológiai rehabilitációja a Földre való visszatérés után.
5. Az űrhajósok és űrhajók sugárzás elleni védelmének módjainak kidolgozása.
6. A normál életkörülmények biztosítása a kabinokban az űrrepülések során.
7. A fejlett számítógépes technológia fejlesztése és alkalmazása az űrgyógyászatban.
8. Az űrtelemedicina és a biotechnológia bemutatása. E tudományok módszereit használva.
9. Orvosi és biológiai problémák megoldása az űrhajósok kényelmes repüléséhez a Marsra és más bolygókra.
10. Farmakológiai szerek szintézise, amelyek megoldják az űr oxigénellátásának problémáját.

Az orvosbiológiai kutatások továbbfejlesztett, továbbfejlesztett és komplex alkalmazási módszerei minden bizonnyal megoldanak minden feladatot és meglévő problémát. Az azonban, hogy ez mikor lesz, nehéz és meglehetősen kiszámíthatatlan kérdés.

Meg kell jegyezni, hogy nemcsak orosz tudósok, hanem a világ összes országának Akadémiai Tanácsa is foglalkozik mindezekkel a kérdésekkel. És ez egy nagy plusz. Hiszen a közös kutatások, keresések aránytalanul nagyobb és gyorsabb pozitív eredményt adnak. Az űrproblémák megoldásában folytatott szoros globális együttműködés a siker kulcsa a földönkívüli űrkutatásban.

Modern vívmányok

Sok ilyen eredmény van. Végül is minden nap intenzív, alapos és gondos munka folyik, ami lehetővé teszi, hogy egyre többet találjonanyagokat, következtetéseket levonni és hipotéziseket megfogalmazni.

A 21. század egyik legfontosabb felfedezése a kozmológiában a víz felfedezése volt a Marson. Ez azonnal hipotézisek tucatjaihoz adott okot az élet jelenlétéről vagy hiányáról a bolygón, a földlakók Marsra való áttelepítésének lehetőségéről és így tovább.

Egy másik felfedezés az volt, hogy a tudósok meghatározták azt a korhatárt, amelyen belül az ember a lehető legkényelmesebben és súlyos következmények nélkül tartózkodhat az űrben. Ez az életkor 45 éves kortól kezdődik és körülbelül 55-60 éves korig ér véget. Az űrbe utazó fiatalok pszichológiailag és fiziológiailag rendkívül szenvednek, amikor visszatérnek a Földre, keményen alkalmazkodnak és újjáépülnek.

Vizet is fedeztek fel a Holdon (2009). Higanyt és nagy mennyiségű ezüstöt is találtak a Föld műholdján.

A biológiai kutatási módszerek, valamint a műszaki és fizikai mutatók lehetővé teszik, hogy magabiztosan következtessünk arra, hogy az ionsugárzás és az expozíció az űrben ártalmatlan (legalábbis nem károsabb, mint a Földön).

Tudományos tanulmányok bebizonyították, hogy a hosszú űrben tartózkodás nincs hatással az űrhajósok fizikai egészségére. A pszichológiai problémák azonban továbbra is fennállnak.

Tanulmányokat végeztek annak bizonyítására, hogy a magasabb rendű növények eltérően reagálnak az űrben való tartózkodásra. Néhány növény magja a vizsgálatban nem mutatott genetikai változást. Mások éppen ellenkezőleg, molekuláris szinten nyilvánvaló deformációkat mutattak.

Tapasztalatok,élő szervezetek (emlősök) sejtjein és szövetein végzett vizsgálatok bebizonyították, hogy a tér nem befolyásolja e szervek normális állapotát és működését.

Különböző típusú orvosi vizsgálatok (tomográfia, MRI, vér- és vizeletvizsgálat, kardiogram, számítógépes tomográfia stb.) arra a következtetésre jutottak, hogy az emberi sejtek élettani, biokémiai, morfológiai jellemzői változatlanok maradnak az űrben való tartózkodás során akár 86 nap.

Laboratóriumi körülmények között egy mesterséges rendszert hoztak létre, amely lehetővé teszi, hogy a lehető legközelebb kerüljön a súlytalanság állapotához, és így tanulmányozza ennek az állapotnak a testre gyakorolt hatásának minden aspektusát. Ez viszont lehetővé tette számos megelőző intézkedés kidolgozását, amelyek megakadályozzák ennek a tényezőnek a hatását a nulla gravitációjú emberi repülés során.

Az exobiológia eredményei olyan adatok, amelyek a Föld bioszféráján kívüli szerves rendszerek jelenlétét jelzik. Eddig ezeknek a feltételezéseknek csak az elméleti megfogalmazása vált lehetségessé, de hamarosan a tudósok gyakorlati bizonyítékok beszerzését is tervezik.

Biológusok, fizikusok, orvosok, ökológusok és kémikusok kutatásainak köszönhetően az emberiség bioszférára gyakorolt hatásának mélyreható mechanizmusait tárták fel. Ezt úgy tette lehetővé, hogy mesterséges ökoszisztémákat hoztak létre a bolygón kívül, és ugyanolyan hatást gyakoroltak rájuk, mint a Földön.

Ez nem az űrbiológia, a kozmológia és az orvostudomány mai vívmánya, hanem csak a legfontosabbak. Rengeteg potenciál rejlik, aminek a megvalósítása igena felsorolt tudományok feladata a jövőre nézve.

Élet az űrben

A modern elképzelések szerint létezhet élet az űrben, mivel a közelmúltbeli felfedezések megerősítik, hogy egyes bolygókon megfelelő feltételek vannak az élet kialakulásához és fejlődéséhez. A tudósok véleménye ebben a kérdésben azonban két kategóriába sorolható:

• élet sehol a Földön, soha nem volt és nem is lesz;
• élet létezik a világűr hatalmas kiterjedésén, de az emberek még nem fedezték fel.

Melyik hipotézis igaz – ezt mindenki maga dönti el. Van elég bizonyíték és cáfolat az egyikre és a másikra is.