Ruimtebiologie. Moderne methoden van biologisch onderzoek

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 05:37

De wetenschap van biologie omvat veel verschillende secties, wetenschappen voor grote en kleine kinderen. En elk van hen is niet alleen belangrijk in het menselijk leven, maar voor de planeet als geheel.

Voor de tweede eeuw op rij proberen mensen niet alleen de aardse diversiteit van het leven in al zijn verschijningsvormen te bestuderen, maar ook om erachter te komen of er leven is buiten de planeet, in de ruimte. Deze problemen worden behandeld door een speciale wetenschap - ruimtebiologie. Het zal in onze recensie worden besproken.

Biologie Sectie - Ruimtebiologie

Deze wetenschap is relatief jong, maar zeer intensief in ontwikkeling. De belangrijkste aspecten van leren zijn:

Factoren van de ruimte en hun invloed op de organismen van levende wezens, de vitale activiteit van alle levende systemen in de ruimte of vliegtuigen.
De ontwikkeling van leven op onze planeet met deelname van de ruimte, de evolutie van levende systemen en de waarschijnlijkheid van het bestaan van biomassa buiten onze planeet.
De mogelijkheden om gesloten systemen te bouwen en daarin echte leefomstandigheden te creëren voor een comfortabelontwikkeling en groei van organismen in de ruimte.

Ruimtegeneeskunde en biologie zijn nauw verwante wetenschappen die gezamenlijk de fysiologische toestand van levende wezens in de ruimte bestuderen, hun prevalentie in interplanetaire ruimtes en evolutie.

Dankzij het onderzoek van deze wetenschappen werd het mogelijk om de optimale omstandigheden te selecteren om mensen in de ruimte te vinden, en zonder enige schade aan de gezondheid toe te brengen. Er is enorm veel materiaal verzameld over de aanwezigheid van leven in de ruimte, het vermogen van planten en dieren (eencellig, meercellig) om in gewichtloosheid te leven en zich te ontwikkelen.

Geschiedenis van de ontwikkeling van de wetenschap

De wortels van de ruimtebiologie gaan terug tot de oudheid, toen filosofen en denkers - natuurwetenschappers Aristoteles, Heraclitus, Plato en anderen - naar de sterrenhemel keken en probeerden de relatie van de maan en de zon met de aarde te identificeren, om de redenen voor hun invloed op landbouwgrond en dieren te begrijpen.

Later, in de Middeleeuwen, begonnen pogingen om de vorm van de aarde te bepalen en de rotatie ervan te verklaren. Lange tijd was er een theorie gecreëerd door Ptolemaeus. Ze sprak over het feit dat de aarde het centrum van het heelal is en dat alle andere planeten en hemellichamen eromheen bewegen (geocentrisch systeem).

Er was echter een andere wetenschapper, de Pool Nicolaus Copernicus, die de onjuistheid van deze uitspraken bewees en zijn eigen, heliocentrische systeem van de wereldstructuur voorstelde: in het centrum staat de zon en alle planeten bewegen rond. De zon is ook een ster. Zijn opvattingen werden gesteund door de volgelingen van GiordanoBruno, Newton, Kepler, Galileo.

De ruimtebiologie als wetenschap verscheen echter veel later. Pas in de 20e eeuw ontwikkelde de Russische wetenschapper Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky een systeem waarmee mensen in de diepten van de ruimte kunnen doordringen en ze langzaam kunnen bestuderen. Hij wordt terecht beschouwd als de vader van deze wetenschap. Ook ontdekkingen in de natuurkunde en astrofysica, kwantumchemie en mechanica door Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitza, Bogolyubov en anderen speelden een grote rol in de ontwikkeling van de kosmobiologie.

Nieuw wetenschappelijk onderzoek, waardoor mensen lang geplande vluchten naar de ruimte konden maken, maakte het mogelijk om specifieke medische en biologische rechtvaardigingen te identificeren voor de veiligheid en impact van buitenaardse omstandigheden die Tsiolkovsky formuleerde. Wat was hun essentie?

Wetenschappers hebben een theoretische rechtvaardiging gekregen voor het effect van gewichtloosheid op zoogdierorganismen.
Hij modelleerde verschillende variaties van ruimtecondities in het lab.
Voorgestelde opties voor astronauten om voedsel en water te verkrijgen met behulp van planten en de circulatie van materie.

Het was dus Tsiolkovsky die alle basispostulaten van de ruimtevaart neerzette, die vandaag hun relevantie niet hebben verloren.

Gewichtloosheid

Modern biologisch onderzoek op het gebied van het bestuderen van de invloed van dynamische factoren op het menselijk lichaam in de ruimte stelt astronauten in staat om maximaal van de negatieve invloed van deze zelfde factoren af te komen.

Er zijn drie belangrijke dynamische kenmerken:

vibratie;
versnelling;
gewichtloosheid.

Het meest ongewone en belangrijkste effect op het menselijk lichaam is gewichtloosheid. Dit is een toestand waarin de zwaartekracht verdwijnt en niet wordt vervangen door andere traagheidsinvloeden. In dit geval verliest een persoon volledig het vermogen om de positie van het lichaam in de ruimte te beheersen. Zo'n toestand begint al in de onderste lagen van de kosmos en houdt aan in de hele ruimte.

Medische en biologische studies hebben aangetoond dat de volgende veranderingen optreden in het menselijk lichaam in een staat van gewichtloosheid:

Hartslag neemt toe.
Spieren ontspannen (tonus gaat weg).
Verlaagde prestaties.
Mogelijke ruimtelijke hallucinaties.

Een persoon in gewichtloosheid kan tot 86 dagen blijven zonder schade aan de gezondheid. Dit is empirisch bewezen en medisch bevestigd. Een van de taken van de ruimtebiologie en de geneeskunde van vandaag is echter het ontwikkelen van een reeks maatregelen om het effect van gewichtloosheid op het menselijk lichaam in het algemeen te voorkomen, vermoeidheid te elimineren en de normale prestaties te verbeteren en te consolideren.

Er zijn een aantal voorwaarden die astronauten observeren om gewichtloosheid te overwinnen en controle over het lichaam te behouden:

het ontwerp van het vliegtuig voldoet strikt aan de noodzakelijke veiligheidsnormen voor passagiers;
astronauten worden altijd zorgvuldig vastgebonden op hun stoel om onvoorziene opwaartse vluchten te voorkomen;
alle items op het schip zijn striktvaste plaats en goed vastgezet om letsel te voorkomen;
Vloeistoffen worden alleen opgeslagen in gesloten, verzegelde containers.

Om goede resultaten te behalen bij het overwinnen van gewichtloosheid, ondergaan astronauten een grondige training op aarde. Maar helaas laat modern wetenschappelijk onderzoek het tot nu toe niet toe om dergelijke omstandigheden in het laboratorium te creëren. Op onze planeet is het niet mogelijk om de zwaartekracht te overwinnen. Het is ook een van de toekomstige uitdagingen voor de ruimtevaart en de medische biologie.

G-krachten in de ruimte (versnellingen)

Een andere belangrijke factor die het menselijk lichaam in de ruimte beïnvloedt, is versnelling of overbelasting. De essentie van deze factoren wordt teruggebracht tot een ongelijkmatige herverdeling van de belasting van het lichaam tijdens sterke hogesnelheidsbewegingen in de ruimte. Er zijn twee hoofdtypen versnelling:

korte termijn;
lang.

Zoals uit biomedische studies blijkt, zijn beide versnellingen erg belangrijk bij het beïnvloeden van de fysiologische toestand van het lichaam van de astronaut.

Dus, bijvoorbeeld, onder invloed van kortetermijnversnellingen (ze duren minder dan 1 seconde), kunnen onomkeerbare veranderingen optreden in het lichaam op moleculair niveau. Ook als de organen niet voldoende worden getraind, bestaat het risico dat hun vliezen breken. Dergelijke invloeden kunnen worden uitgevoerd tijdens de scheiding van de capsule met de astronaut in de ruimte, tijdens zijn uitwerpenof bij het landen van een schip in banen.

Daarom is het erg belangrijk dat astronauten een grondig medisch onderzoek ondergaan en een bepaalde fysieke training ondergaan voordat ze de ruimte in vliegen.

Langwerkende versnelling vindt plaats tijdens het lanceren en landen van een raket, evenals tijdens de vlucht op sommige ruimtelijke plaatsen in de ruimte. Het effect van dergelijke versnellingen op het lichaam is volgens gegevens van wetenschappelijk medisch onderzoek als volgt:

hartslag en pols versnellen;
ademhaling versnelt;
er is sprake van misselijkheid en zwakte, bleke huid;
het gezichtsvermogen lijdt, er verschijnt een rode of zwarte film voor de ogen;
kan pijn voelen in de gewrichten, ledematen;
spierweefseltonus da alt;
neuromorele regulatieveranderingen;
gasuitwisseling in de longen en in het lichaam als geheel wordt anders;
kan zweten veroorzaken.

G-krachten en gewichtloosheid dwingen medische wetenschappers om verschillende manieren te bedenken. toestaan zich aan te passen, astronauten trainen zodat ze de actie van deze factoren kunnen weerstaan zonder gevolgen voor de gezondheid en zonder verlies van efficiëntie.

Een van de meest effectieve manieren om astronauten te trainen om te versnellen, is het centrifuge-apparaat. Daarin kun je alle veranderingen observeren die in het lichaam optreden onder invloed van overbelasting. Het stelt je ook in staat om te trainen en je aan te passen aan de invloed van deze factor.

Ruimtevlucht en medicijnen

Ruimtevluchten hebben zeker een zeer grote impact op de gezondheid van mensen, vooral degenen die ongetraind zijn of chronische ziekten hebben. Daarom is een belangrijk aspect het medisch onderzoek van alle subtiliteiten van de vlucht, alle reacties van het lichaam op de meest uiteenlopende en ongelooflijke effecten van buitenaardse krachten.

Vliegen in gewichtloosheid dwingt de moderne geneeskunde en biologie om een reeks maatregelen uit te vinden en te formuleren (en natuurlijk tegelijkertijd uit te voeren) om astronauten te voorzien van normale voeding, rust, zuurstoftoevoer, werkcapaciteit enzovoort.

Bovendien is de geneeskunde ontworpen om kosmonauten behoorlijke hulp te bieden in geval van onvoorziene noodsituaties, evenals bescherming tegen de effecten van onbekende krachten van andere planeten en ruimtes. Het is best moeilijk, het kost veel tijd en moeite, een grote theoretische basis, het gebruik van alleen de nieuwste moderne apparatuur en medicijnen.

Bovendien heeft de geneeskunde, samen met natuurkunde en biologie, de taak om astronauten te beschermen tegen de fysieke factoren van ruimteomstandigheden, zoals:

temperatuur;
straling;
druk;
meteorieten.

Daarom is de studie van al deze factoren en kenmerken erg belangrijk.

Onderzoeksmethoden in de biologie

Ruimtebiologie heeft, net als elke andere biologische wetenschap, een bepaalde reeks methoden waarmee onderzoek kan worden gedaan, theoretisch materiaal kan worden verzameld en dit kan worden bevestigd met praktische conclusies. Deze methoden in de loop van de tijdongewijzigd blijven, worden geactualiseerd en gemoderniseerd in overeenstemming met de huidige tijd. De historisch gevestigde methoden van biologie blijven echter tot op de dag van vandaag relevant. Deze omvatten:

Observatie.
Experiment.
Historische analyse.
Beschrijving.
Vergelijking.

Deze methoden van biologisch onderzoek zijn fundamenteel en op elk moment relevant. Maar er zijn een aantal andere ontstaan met de ontwikkeling van wetenschap en technologie, elektronische fysica en moleculaire biologie. Ze worden modern genoemd en spelen de grootste rol in de studie van alle biologisch-chemische, medische en fysiologische processen.

Moderne methoden

Methoden van genetische manipulatie en bio-informatica. Dit omvat agrobacteriële en ballistische transformatie, PCR (polymerasekettingreacties). De rol van dit soort biologisch onderzoek is groot, aangezien zij het mogelijk maken om opties te vinden voor het oplossen van het probleem van het voeden en beluchten van raketwerpers en cabines voor het comfort van astronauten.
Methoden van eiwitchemie en histochemie. Laat eiwitten en enzymen in levende systemen controleren.
Gebruik van fluorescentiemicroscopie, superresolutiemicroscopie.
Het gebruik van moleculaire biologie en biochemie en hun onderzoeksmethoden.
Biotelemetrie is een methode die het resultaat is van een combinatie van werk van ingenieurs en artsen op biologische basis. Hiermee kunt u alle fysiologisch belangrijke functies van het werk regelen.organisme op afstand met behulp van radiocommunicatiekanalen van het menselijk lichaam en een computerrecorder. Ruimtebiologie gebruikt deze methode als basis voor het volgen van de effecten van ruimteomstandigheden op de organismen van astronauten.
Biologische indicatie van de interplanetaire ruimte. Een zeer belangrijke methode van ruimtebiologie, die het mogelijk maakt om de interplanetaire toestanden van de omgeving te beoordelen, om informatie te verkrijgen over de kenmerken van verschillende planeten. De basis hierbij is het gebruik van dieren met ingebouwde sensoren. Het zijn proefdieren (muizen, honden, apen) die informatie uit banen halen, die door terrestrische wetenschappers wordt gebruikt voor analyse en conclusies.

Met moderne methoden van biologisch onderzoek kunnen geavanceerde problemen worden opgelost, niet alleen van ruimtebiologie, maar ook van universele.

Problemen van ruimtebiologie

Alle genoemde methoden van biomedisch onderzoek hebben helaas nog niet alle problemen van de ruimtebiologie kunnen oplossen. Er zijn een aantal actuele kwesties die tot op de dag van vandaag urgent blijven. Laten we eens kijken naar de belangrijkste uitdagingen voor ruimtegeneeskunde en biologie.

Selectie van opgeleid personeel voor ruimtevluchten, wiens gezondheidstoestand zou kunnen voldoen aan alle eisen van artsen (inclusief het toestaan van astronauten om strenge training en training voor vluchten te doorstaan).
Behoorlijk opleidingsniveau en levering van alles wat nodig is voor werkruimtepersoneel.
Zorgen voor veiligheid in alle opzichten (ook van onbekende of buitenlandse invloedsfactoren)van andere planeten) werkende schepen en vliegtuigconstructies.
Psychofysiologische revalidatie van astronauten bij terugkeer naar de aarde.
Ontwikkeling van manieren om astronauten en ruimtevaartuigen te beschermen tegen straling.
Zorgen voor normale leefomstandigheden in de hutten tijdens ruimtevluchten.
Ontwikkeling en toepassing van geavanceerde computertechnologie in de ruimtegeneeskunde.
Introductie van telegeneeskunde en biotechnologie in de ruimte. De methoden van deze wetenschappen gebruiken.
Oplossing van medische en biologische problemen voor comfortabele vluchten van astronauten naar Mars en andere planeten.
Synthese van farmacologische middelen die het probleem van de zuurstoftoevoer in de ruimte zullen oplossen.

Ontwikkelde, verbeterde en complexe toepassingsmethoden van biomedisch onderzoek zullen zeker alle taken en bestaande problemen oplossen. Wanneer dit echter zal zijn, is een moeilijke en nogal onvoorspelbare vraag.

Opgemerkt moet worden dat niet alleen Russische wetenschappers, maar ook de Academische Raad van alle landen van de wereld zich met al deze kwesties bezighouden. En dit is een groot pluspunt. Gezamenlijk onderzoek en zoektochten geven immers een onevenredig groter en sneller positief resultaat. Nauwe wereldwijde samenwerking bij het oplossen van ruimteproblemen is de sleutel tot succes bij de verkenning van buitenaardse ruimte.

Moderne prestaties

Er zijn veel van dergelijke prestaties. Er wordt immers elke dag intensief, grondig en secuur gewerkt, waardoor je steeds meer vindtmaterialen, trek conclusies en formuleer hypothesen.

Een van de belangrijkste ontdekkingen van de 21e eeuw in de kosmologie was de ontdekking van water op Mars. Dit leidde onmiddellijk tot tientallen hypothesen over de aan- of afwezigheid van leven op de planeet, over de mogelijkheid van hervestiging van aardbewoners naar Mars, enzovoort.

Een andere ontdekking was dat wetenschappers de leeftijdsgrenzen hebben bepaald waarbinnen een persoon zo comfortabel en zonder ernstige gevolgen in de ruimte kan zijn. Deze leeftijd begint vanaf 45 jaar en eindigt bij ongeveer 55-60 jaar. Jonge mensen die de ruimte in gaan, lijden extreem psychologisch en fysiologisch wanneer ze terugkeren naar de aarde, zich aanpassen en hard herbouwen.

Water werd ook ontdekt op de maan (2009). Mercurius en een grote hoeveelheid zilver werden ook gevonden op de satelliet van de aarde.

Biologische onderzoeksmethoden, evenals technische en fysieke indicatoren, stellen ons in staat om met vertrouwen te concluderen dat de effecten van ionenstraling en blootstelling in de ruimte onschadelijk zijn (in ieder geval niet schadelijker dan op aarde).

Wetenschappelijke studies hebben aangetoond dat een lang verblijf in de ruimte geen invloed heeft op de fysieke gezondheid van astronauten. Er blijven echter psychologische problemen.

Er zijn onderzoeken uitgevoerd die aantonen dat hogere planten anders reageren op in de ruimte zijn. Zaden van sommige planten in het onderzoek vertoonden geen genetische veranderingen. Anderen daarentegen vertoonden duidelijke vervormingen op moleculair niveau.

Ervaringen,uitgevoerd op de cellen en weefsels van levende organismen (zoogdieren) bewezen dat de ruimte de normale toestand en het functioneren van deze organen niet beïnvloedt.

Verschillende soorten medische onderzoeken (tomografie, MRI, bloed- en urinetests, cardiogram, computertomografie, enzovoort) leidden tot de conclusie dat de fysiologische, biochemische, morfologische kenmerken van menselijke cellen onveranderd blijven tijdens een verblijf in de ruimte tot 86 dagen.

In laboratoriumomstandigheden werd een kunstmatig systeem nagebouwd waarmee je zo dicht mogelijk bij de staat van gewichtloosheid kunt komen en zo alle aspecten van het effect van deze staat op het lichaam kunt bestuderen. Dit maakte het op zijn beurt mogelijk om een aantal preventieve maatregelen te ontwikkelen om de impact van deze factor tijdens een menselijke vlucht in gewichtloosheid te voorkomen.

De resultaten van exobiologie zijn gegevens die wijzen op de aanwezigheid van organische systemen buiten de biosfeer van de aarde. Tot nu toe is alleen de theoretische formulering van deze aannames mogelijk geworden, maar binnenkort zijn wetenschappers van plan ook praktisch bewijs te verzamelen.

Dankzij het onderzoek van biologen, natuurkundigen, artsen, ecologen en chemici zijn diepe mechanismen van menselijke invloed op de biosfeer onthuld. Dit werd mogelijk gemaakt door kunstmatige ecosystemen buiten de planeet te creëren en er dezelfde invloed op uit te oefenen als op aarde.

Dit zijn niet alle prestaties van de ruimtebiologie, kosmologie en geneeskunde van vandaag, maar alleen de belangrijkste. Er is veel potentieel, waarvan de uitvoering isde taak van de beursgenoteerde wetenschappen voor de toekomst.

Leven in de ruimte

Volgens moderne ideeën kan leven in de ruimte bestaan, aangezien recente ontdekkingen de aanwezigheid op sommige planeten van geschikte omstandigheden voor het ontstaan en de ontwikkeling van leven bevestigen. De meningen van geleerden over deze kwestie vallen echter in twee categorieën uiteen: