Uzay biyolojisi. Modern biyolojik araştırma yöntemleri

2024 Yazar: Angel Austin | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 05:44

Biyoloji bilimi, büyük ve küçük çocuk bilimleri olmak üzere birçok farklı bölümü içerir. Ve her biri sadece insan hayatında değil, bir bütün olarak gezegen için önemlidir.

Arka arkaya ikinci yüzyılda, insanlar yalnızca yaşamın tüm tezahürlerinde karasal çeşitliliği incelemeye değil, aynı zamanda gezegenin dışında, uzayda yaşam olup olmadığını bulmaya çalışıyorlar. Bu konular özel bir bilim - uzay biyolojisi tarafından ele alınmaktadır. İncelememizde ele alınacaktır.

Biyoloji Bölümü - Uzay Biyolojisi

Bu bilim nispeten genç ama çok yoğun bir şekilde gelişiyor. Öğrenmenin ana yönleri şunlardır:

1. Uzayın faktörleri ve canlıların organizmaları üzerindeki etkileri, uzaydaki veya uçaktaki tüm canlı sistemlerin hayati aktivitesi.
2. Uzayın katılımıyla gezegenimizdeki yaşamın gelişimi, canlı sistemlerin evrimi ve gezegenimizin dışında biyokütlenin var olma olasılığı.
3. Konforlu bir yaşam için kapalı sistemler inşa etme ve bunlarda gerçek yaşam koşulları yaratma olanaklarıuzayda organizmaların gelişimi ve büyümesi.

Uzay tıbbı ve biyoloji, canlıların uzaydaki fizyolojik durumunu, gezegenler arası uzaylardaki yaygınlıklarını ve evrimini birlikte inceleyen yakından ilişkili bilimlerdir.

Bu bilimlerin araştırılması sayesinde, uzayda insan bulmak için en uygun koşulları sağlığa zarar vermeden seçmek mümkün oldu. Uzayda yaşamın varlığı, bitki ve hayvanların (tek hücreli, çok hücreli) ağırlıksız olarak yaşama ve gelişme yetenekleri hakkında çok büyük malzeme toplandı.

Bilimin gelişim tarihi

Uzay biyolojisinin kökleri, filozofların ve düşünürlerin - doğa bilimcileri Aristoteles, Herakleitos, Platon ve diğerleri - yıldızlı gökyüzünü izleyip Ay ve Güneş'in Dünya ile ilişkisini belirlemeye çalıştıkları eski zamanlara kadar uzanır., tarım arazileri ve hayvanlar üzerindeki etkilerinin nedenlerini anlamak.

Daha sonra, Orta Çağ'da, Dünya'nın şeklini belirleme ve dönüşünü açıklama girişimleri başladı. Uzun zamandır Ptolemy tarafından oluşturulan bir teori vardı. Dünyanın Evrenin merkezi olduğundan ve diğer tüm gezegenlerin ve gök cisimlerinin onun etrafında hareket ettiğinden (yer merkezli sistem) bahsetti.

Ancak, bu ifadelerin yanlışlığını kanıtlayan ve dünya yapısının kendi güneş merkezli sistemini öneren başka bir bilim adamı, Pole Nicolaus Copernicus vardı: Merkezde Güneş var ve tüm gezegenler hareket ediyor. Güneş de bir yıldızdır. Görüşleri Giordano'nun takipçileri tarafından desteklendi. Bruno, Newton, Kepler, Galileo.

Ancak, bir bilim olarak uzay biyolojisi çok daha sonra ortaya çıktı. Sadece 20. yüzyılda, Rus bilim adamı Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, insanların uzayın derinliklerine girmesine ve onları yavaşça incelemesine izin veren bir sistem geliştirdi. Haklı olarak bu bilimin babası olarak kabul edilir. Ayrıca Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitza, Bogolyubov ve diğerlerinin fizik ve astrofizik, kuantum kimyası ve mekanik alanındaki keşifleri kozmobiyolojinin gelişmesinde büyük rol oynadı.

İnsanların uzaya uzun planlı uçuşlar yapmalarını sağlayan yeni bilimsel araştırma, Tsiolkovsky'nin formüle ettiği dünya dışı koşulların güvenliği ve etkisi için belirli tıbbi ve biyolojik gerekçeleri belirlemeyi mümkün kıldı. Özleri neydi?

1. Bilim adamlarına ağırlıksızlığın memeli organizmaları üzerindeki etkisi için teorik bir gerekçe verildi.
2. Laboratuvarda uzay koşullarının çeşitli varyasyonlarını modelledi.
3. Astronotların bitkilerin yardımıyla ve maddenin dolaşımıyla yiyecek ve su elde etmeleri için önerilen seçenekler.

Böylece, astronotiğin günümüzde alaka düzeyini kaybetmemiş tüm temel varsayımlarını ortaya koyan Tsiolkovsky oldu.

Ağırlıksızlık

Dinamik faktörlerin uzayda insan vücudu üzerindeki etkisini inceleme alanındaki modern biyolojik araştırmalar, astronotların bu aynı faktörlerin olumsuz etkisinden maksimum düzeyde kurtulmasını sağlar.

Üç ana dinamik özellik vardır:

• titreşim;
• hızlanma;
• ağırlıksızlık.

İnsan vücudu üzerindeki en sıra dışı ve önemli etki ağırlıksızlıktır. Bu, yerçekimi kuvvetinin ortadan kalktığı ve yerini başka eylemsizlik etkilerinin almadığı bir durumdur. Bu durumda, bir kişi vücudun uzaydaki konumunu kontrol etme yeteneğini tamamen kaybeder. Böyle bir durum zaten kozmosun alt katmanlarında başlar ve tüm uzayı boyunca devam eder.

Tıbbi ve biyolojik araştırmalar, insan vücudunda ağırlıksızlık durumunda aşağıdaki değişikliklerin meydana geldiğini göstermiştir:

1. Kalp atışı artar.
2. Kaslar gevşer (tonus gider).
3. Düşük performans.
4. Olası uzamsal halüsinasyonlar.

Ağırlıksız bir kişi 86 güne kadar sağlığa zarar vermeden kalabilir. Bu ampirik olarak kanıtlanmıştır ve tıbbi açıdan doğrulanmıştır. Ancak günümüzde uzay biyolojisi ve tıbbının görevlerinden biri, ağırlıksızlığın genel olarak insan vücudu üzerindeki etkisini önlemek, yorgunluğu gidermek, normal performansı artırmak ve pekiştirmek için bir dizi önlem geliştirmektir.

Astronotların ağırlıksızlığın üstesinden gelmek ve vücut üzerinde kontrolü sürdürmek için gözlemlediği bir dizi koşul vardır:

• Uçağın tasarımı kesinlikle yolcular için gerekli güvenlik standartlarına uygundur;
• astronotlar, öngörülemeyen yukarı uçuşlardan kaçınmak için her zaman dikkatli bir şekilde koltuklarına bağlanır;
• Gemideki tüm eşyalar kesinlikleyaralanmayı önlemek için sabit bir yer ve uygun şekilde sabitleyin;
• Sıvılar yalnızca kapalı, sızdırmaz kaplarda saklanır.

Ağırlıksızlığın üstesinden gelmede iyi sonuçlar elde etmek için, astronotlar Dünya üzerinde kapsamlı bir eğitimden geçerler. Ancak ne yazık ki, şu ana kadar modern bilimsel araştırmalar, laboratuvarda bu tür koşulların yaratılmasına izin vermiyor. Gezegenimizde yerçekimi kuvvetinin üstesinden gelmek mümkün değildir. Aynı zamanda uzay ve tıbbi biyoloji için gelecekteki zorluklardan biridir.

Uzaydaki G-kuvvetleri (ivmeler)

Uzayda insan vücudunu etkileyen bir diğer önemli faktör hızlanma veya aşırı yüklenmedir. Bu faktörlerin özü, uzayda güçlü yüksek hızlı hareketler sırasında vücut üzerindeki yükün eşit olmayan bir şekilde yeniden dağıtılmasına indirgenmiştir. İki ana hızlanma türü vardır:

• kısa vadeli;
• uzun.

Biyomedikal çalışmaların gösterdiği gibi, her iki ivme de astronotun vücudunun fizyolojik durumunu etkilemede çok önemlidir.

Örneğin, kısa süreli hızlanmaların etkisi altında (1 saniyeden az sürerler), vücutta moleküler düzeyde geri dönüşü olmayan değişiklikler meydana gelebilir. Ayrıca organlar eğitimli değilse, yeterince zayıfsa, zarlarının yırtılma riski vardır. Bu tür etkiler, kapsülün uzayda astronot ile ayrılması sırasında, fırlatılması sırasında gerçekleştirilebilir.veya yörüngelere bir gemi indirirken.

Bu nedenle, astronotların uzaya uçmadan önce kapsamlı bir tıbbi muayeneden ve belirli bir fiziksel eğitimden geçmeleri çok önemlidir.

Uzun etkili hızlanma, bir roketin fırlatılması ve inişi sırasında ve ayrıca uzaydaki bazı uzaysal yerlerde uçuş sırasında meydana gelir. Bilimsel tıbbi araştırmaların sağladığı verilere göre bu tür hızlanmaların vücut üzerindeki etkisi şu şekildedir:

• kalp atışı ve nabız hızlanır;
• nefes hızlanır;
• bulantı ve halsizlik oluşumu var, soluk cilt;
• görüş bozulur, gözlerin önünde kırmızı veya siyah bir film belirir;
• eklemlerde, uzuvlarda ağrı hissedebilir;
• kas dokusu tonu düşer;
• nöromoral düzenleme değişiklikleri;
• akciğerlerdeki ve bir bütün olarak vücuttaki gaz değişimi farklılaşır;
• terlemeye neden olabilir.

G-kuvvetleri ve ağırlıksızlık, tıp bilimcilerini farklı yollar bulmaya zorlar. uyum sağlamalarına izin vermek, astronotları bu faktörlerin etkisine sağlık sonuçları olmadan ve verimlilik kaybı olmadan dayanabilmeleri için eğitmek.

Astronotları hızlandırmak için eğitmenin en etkili yollarından biri santrifüj aparatıdır. İçinde aşırı yüklenme etkisi altında vücutta meydana gelen tüm değişiklikleri gözlemleyebilirsiniz. Ayrıca bu faktörün etkisine uyum sağlamanıza ve antrenman yapmanıza olanak tanır.

Uzay uçuşu ve tıp

Uzay uçuşlarının, özellikle eğitimsiz veya kronik hastalıkları olanlar başta olmak üzere, insanların sağlığı üzerinde kesinlikle çok büyük bir etkisi vardır. Bu nedenle, önemli bir yön, uçuşun tüm inceliklerinin, vücudun dünya dışı güçlerin en çeşitli ve inanılmaz etkilerine verdiği tüm tepkilerin tıbbi araştırmasıdır.

Ağırlıksız uçmak, modern tıbbı ve biyolojiyi, astronotlara normal beslenme, dinlenme, oksijen kaynağı, çalışma kapasitesi vb. sağlamak için bir dizi önlem icat etmeye ve formüle etmeye (aynı zamanda elbette uygulamaya) zorlar.

Ayrıca, tıp, öngörülemeyen acil durumlarda kozmonotlara iyi yardım sağlamak ve diğer gezegenlerin ve uzayların bilinmeyen güçlerinin etkilerinden korunmak için tasarlanmıştır. Oldukça zor, çok zaman ve çaba, geniş bir teorik temel, sadece en son modern ekipman ve ilaçların kullanımını gerektiriyor.

Ayrıca tıp, fizik ve biyoloji ile birlikte astronotları uzay koşullarının fiziksel faktörlerinden koruma görevine sahiptir, örneğin:

• sıcaklık;
• radyasyon;
• basınç;
• meteoritler.

Bu nedenle, tüm bu faktörlerin ve özelliklerin incelenmesi çok önemlidir.

Biyolojide araştırma yöntemleri

Uzay biyolojisi, diğer tüm biyolojik bilimler gibi, araştırma yapmaya, teorik materyali biriktirmeye ve pratik sonuçlarla doğrulamaya izin veren belirli bir dizi yönteme sahiptir. Bu yöntemler zamanladeğişmeden kalır, güncel zamana göre güncellenir ve modernize edilir. Bununla birlikte, tarihsel olarak yerleşik biyoloji yöntemleri, bu gün için hala geçerliliğini korumaktadır. Bunlar şunları içerir:

1. Gözlem.
2. Deneme.
3. Tarihsel analiz.
4. Açıklama.
5. Karşılaştırma.

Bu biyolojik araştırma yöntemleri temeldir ve her zaman alakalıdır. Ancak bilim ve teknolojinin, elektronik fiziğin ve moleküler biyolojinin gelişmesiyle ortaya çıkan birkaç tane daha var. Modern olarak adlandırılırlar ve tüm biyolojik-kimyasal, tıbbi ve fizyolojik süreçlerin incelenmesinde en büyük rolü oynarlar.

Modern yöntemler

1. Genetik mühendisliği ve biyoinformatik yöntemleri. Buna agrobakteriyel ve balistik dönüşüm, PCR (polimeraz zincir reaksiyonları) dahildir. Bu tür biyolojik araştırmaların rolü harika, çünkü roketatarları ve kabinleri astronotların rahatlığı için besleme ve oksijenlendirme sorununu çözmek için seçenekler bulmayı mümkün kılan onlardır.
2. Protein kimyası ve histokimya yöntemleri. Canlı sistemlerdeki proteinleri ve enzimleri kontrol etmeye izin verir.
3. Floresan mikroskobu, süper çözünürlüklü mikroskop kullanma.
4. Moleküler biyoloji ve biyokimyanın kullanımı ve araştırma yöntemleri.
5. Biyotelemetri, mühendisler ve doktorların biyolojik temele dayalı çalışmalarının bir kombinasyonunun sonucu olan bir yöntemdir. İşin fizyolojik olarak önemli tüm fonksiyonlarını kontrol etmenizi sağlar.insan vücudunun radyo iletişim kanallarını ve bir bilgisayar kayıt cihazını kullanarak uzaktan organizma. Uzay biyolojisi, uzay koşullarının astronotların organizmaları üzerindeki etkilerini izlemek için bu yöntemi temel alır.
6. Gezegenler arası uzayın biyolojik göstergesi. Farklı gezegenlerin özellikleri hakkında bilgi elde etmek için çevrenin gezegenler arası durumlarını değerlendirmeyi mümkün kılan çok önemli bir uzay biyolojisi yöntemi. Buradaki temel, yerleşik sensörlere sahip hayvanların kullanılmasıdır. Karasal bilim adamları tarafından analiz ve sonuçlar için kullanılan yörüngelerden bilgi çıkaran deney hayvanlarıdır (fareler, köpekler, maymunlar).

Modern biyolojik araştırma yöntemleri, yalnızca uzay biyolojisinin değil, aynı zamanda evrensel sorunların da ileri düzey problemlerini çözmeyi sağlar.

Uzay biyolojisinin sorunları

Listelenen tüm biyomedikal araştırma yöntemleri, ne yazık ki, uzay biyolojisinin tüm sorunlarını henüz çözemedi. Bu güne kadar aciliyetini koruyan bir dizi güncel konu var. Uzay tıbbı ve biyolojisinin karşılaştığı temel zorluklara bir göz atalım.

1. Sağlık durumu doktorların tüm gereksinimlerini karşılayabilecek uzay uçuşu için eğitimli personelin seçimi (astronotların zorlu eğitimlere ve uçuşlar için eğitime dayanmasına izin verilmesi dahil).
2. İyi düzeyde eğitim ve çalışma alanı ekipleri için gerekli her şeyin sağlanması.
3. Güvenliğin her açıdan sağlanması (bilinmeyen veya yabancı etki faktörleri dahildiğer gezegenlerden) çalışan gemiler ve uçak yapıları.
4. Astronotların Dünya'ya döndükten sonra psiko-fizyolojik rehabilitasyonu.
5. Astronotları ve uzay araçlarını radyasyondan korumanın yollarının geliştirilmesi.
6. Uzay uçuşları sırasında kabinlerde normal yaşam koşullarının sağlanması.
7. Uzay tıbbında ileri bilgisayar teknolojisinin geliştirilmesi ve uygulanması.
8. Uzay teletıp ve biyoteknolojiye giriş. Bu bilimlerin yöntemlerini kullanmak.
9. Astronotların Mars'a ve diğer gezegenlere konforlu uçuşları için tıbbi ve biyolojik sorunların çözümü.
10. Uzayda oksijen arzı sorununu çözecek farmakolojik ajanların sentezi.

Gelişmiş, geliştirilmiş ve karmaşık uygulama yöntemlerinde biyomedikal araştırma, tüm görevleri ve mevcut sorunları kesinlikle çözecektir. Ancak bunun ne zaman olacağı zor ve oldukça tahmin edilemez bir soru.

Yalnızca Rus bilim adamlarının değil, tüm dünya ülkelerinin Akademik Konseyinin de tüm bu konularla uğraştığını belirtmek gerekir. Ve bu büyük bir artı. Sonuçta, ortak araştırma ve aramalar, orantısız olarak daha büyük ve daha hızlı bir olumlu sonuç verecektir. Uzay sorunlarının çözümünde yakın küresel işbirliği, dünya dışı uzayın keşfinde başarının anahtarıdır.

Modern başarılar

Bu tür birçok başarı var. Ne de olsa, her gün daha fazla ve daha fazlasını bulmanızı sağlayan kapsamlı ve özenli bir çalışma gerçekleştirilir.materyaller, sonuçlar çıkar ve hipotezler formüle et.

Kozmolojide 21. yüzyılın en önemli keşiflerinden biri Mars'ta suyun keşfiydi. Bu hemen gezegende yaşamın varlığı veya yokluğu, dünyalıların Mars'a yeniden yerleştirilmesi olasılığı vb. hakkında düzinelerce hipoteze yol açtı.

Başka bir keşif, bilim adamlarının bir kişinin uzayda olabildiğince rahat ve ciddi sonuçlara yol açmadan bulunabileceği yaş sınırlarını belirlemesidir. Bu yaş 45 yaşından başlar ve yaklaşık 55-60 yaşlarında sona erer. Uzaya giden gençler Dünya'ya döndüklerinde psikolojik ve fizyolojik olarak aşırı derecede acı çekiyorlar, adapte oluyorlar ve zor bir şekilde yeniden inşa ediyorlar.

Su Ay'da da keşfedildi (2009). Merkür ve büyük miktarda gümüş de Dünya'nın uydusunda bulundu.

Biyolojik araştırma yöntemlerinin yanı sıra mühendislik ve fiziksel göstergeler, iyon radyasyonunun ve uzayda maruz kalmanın etkilerinin zararsız olduğu (en azından Dünya'dan daha zararlı olmadığı) konusunda güvenle sonuca varmamızı sağlar.

Bilimsel çalışmalar, uzayda uzun süre kalmanın astronotların fiziksel sağlığını etkilemediğini kanıtladı. Ancak psikolojik sorunlar devam ediyor.

Yüksek bitkilerin uzayda bulunmaya farklı tepki verdiğini kanıtlayan araştırmalar yapıldı. Çalışmada yer alan bazı bitkilerin tohumlarında herhangi bir genetik değişiklik görülmedi. Diğerleri ise tam tersine moleküler düzeyde belirgin deformasyonlar gösterdi.

Deneyimler,canlı organizmaların (memeliler) hücreleri ve dokuları üzerinde yapılan araştırmalar, uzayın bu organların normal durumunu ve işleyişini etkilemediğini kanıtladı.

Çeşitli tıbbi çalışmalar (tomografi, MRI, kan ve idrar testleri, kardiyogram, bilgisayarlı tomografi vb.), insan hücrelerinin uzayda kalırken fizyolojik, biyokimyasal, morfolojik özelliklerinin değişmeden kaldığı sonucuna varmıştır. 86 güne kadar.

Laboratuvar koşullarında, ağırlıksızlık durumuna mümkün olduğunca yaklaşmanıza ve böylece bu durumun vücut üzerindeki etkisinin tüm yönlerini incelemenize izin veren yapay bir sistem yeniden oluşturuldu. Bu da sıfır yerçekiminde insan uçuşu sırasında bu faktörün etkisini önlemek için bir dizi önleyici tedbir geliştirmeyi mümkün kıldı.

Egzobiyolojinin sonuçları, Dünya'nın biyosferinin dışında organik sistemlerin varlığını gösteren verilerdir. Şimdiye kadar, bu varsayımların yalnızca teorik formülasyonu mümkün hale geldi, ancak yakında bilim adamları pratik kanıtlar da elde etmeyi planlıyor.

Biyologların, fizikçilerin, doktorların, ekolojistlerin ve kimyagerlerin araştırmaları sayesinde, insanın biyosfer üzerindeki derin etkilerinin mekanizmaları ortaya çıktı. Bu, gezegen dışında yapay ekosistemler yaratarak ve onlar üzerinde Dünya'dakiyle aynı etkiyi uygulayarak mümkün oldu.

Bu, günümüzde uzay biyolojisi, kozmoloji ve tıbbın tüm başarıları değil, sadece başlıcaları. Uygulanması gereken çok fazla potansiyel vargelecek için listelenen bilimlerin görevi.

Uzayda yaşam

Modern fikirlere göre, son keşifler bazı gezegenlerde yaşamın ortaya çıkması ve gelişmesi için uygun koşulların varlığını doğruladığı için uzayda yaşam var olabilir. Ancak alimlerin bu konudaki görüşleri iki kategoriye ayrılır:

• hayat Dünya'dan başka bir yerde değil, asla olmadı ve olmayacak;
• Yaşam uzayın uçsuz bucaksız alanlarında var ama insanlar henüz onu keşfetmedi.

Hipotezlerden hangisi doğru - karar vermek her bireye kalmış. Hem biri hem de diğeri için yeterli kanıt ve çürütme var.