Ett budskap om biologins roll i rymden. Presentation om ämnet "Biologins roll i rymdforskningen"

Biologivetenskapen omfattar en mängd olika sektioner, stora och små dotterbolag. Och var och en av dem är viktig inte bara i mänskligt liv, utan också för hela planeten som helhet.

För andra århundradet i rad har människor försökt studera inte bara livets jordiska mångfald i alla dess manifestationer, utan också att ta reda på om det finns liv utanför planeten, i yttre rymden. Dessa frågor behandlas av en speciell vetenskap - rymdbiologi. Det kommer att diskuteras i vår recension.

Kapitel

Denna vetenskap är relativt ung, men mycket intensivt utvecklande. Huvudaspekterna i studien är:

1. Faktorer i yttre rymden och deras inflytande på levande varelsers organismer, den vitala aktiviteten för alla levande system i rymden eller flygplan.
2. Utvecklingen av liv på vår planet med deltagande av rymden, utvecklingen av levande system och sannolikheten för förekomsten av biomassa utanför vår planet.
3. Möjligheterna att bygga slutna system och skapa verkliga levnadsförhållanden i dem för bekväm utveckling och tillväxt av organismer i yttre rymden.

Rymdmedicin och biologi är närbesläktade vetenskaper som tillsammans studerar det fysiologiska tillståndet hos levande varelser i rymden, deras förekomst i interplanetära rum och evolution.

Tack vare forskningen inom dessa vetenskaper blev det möjligt att välja de optimala förhållandena för att hitta människor i rymden, och utan att skada hälsan. Stort material har samlats in om närvaron av liv i rymden, växters och djurs (encelliga, flercelliga) förmåga att leva och utvecklas i viktlöshet.

Historia om vetenskapens utveckling

Rymdbiologins rötter går tillbaka till antiken, när filosofer och tänkare - naturforskare Aristoteles, Herakleitos, Platon och andra - tittade på stjärnhimlen och försökte identifiera månen och solens förhållande till jorden för att förstå orsakerna till deras påverkan på jordbruksmark och djur.

Senare, på medeltiden, började försök att bestämma jordens form och förklara dess rotation. Länge fanns det en teori skapad av Ptolemaios. Hon pratade om det faktum att jorden är och alla andra planeter och himlakroppar rör sig runt den

Men en annan vetenskapsman, polen Nicolaus Copernicus, hittades, som bevisade felaktigheten i dessa uttalanden och föreslog sitt eget heliocentriska system av världens struktur: i mitten är solen, och alla planeter rör sig. Solen är också en stjärna. Hans åsikter stöddes av anhängare av Giordano Bruno, Newton, Kepler, Galileo.

Men rymdbiologi som vetenskap dök upp mycket senare. Först på 1900-talet utvecklade den ryske forskaren Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ett system som låter människor tränga in i rymdens djup och långsamt studera dem. Han anses med rätta vara fadern till denna vetenskap. Också upptäckter inom fysik och astrofysik, kvantkemi och mekanik av Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitsa, Bogolyubov och andra spelade en stor roll i utvecklingen av kosmobiologi.

Ny vetenskaplig forskning, som gjorde det möjligt för människor att göra länge planerade flygningar ut i rymden, gjorde det möjligt att lyfta fram specifika medicinska och biologiska motiveringar för säkerheten och effekterna av utomjordiska förhållanden som Tsiolkovsky formulerade. Vad var deras poäng?

1. Forskare fick en teoretisk motivering för effekten av viktlöshet på däggdjursorganismer.
2. Han modellerade flera alternativ för att skapa utrymmesförhållanden i laboratoriet.
3. Han föreslog alternativ för att skaffa mat och vatten av astronauter med hjälp av växter och cirkulation av ämnen.

Således var det Tsiolkovsky som lade ner alla grundläggande postulat för astronautiken, som inte har förlorat sin relevans idag.

Tyngdlöshet

Modern biologisk forskning inom området för att studera påverkan av dynamiska faktorer på människokroppen i rymdförhållanden gör att astronauter kan bli av med den negativa inverkan av dessa faktorer maximalt.

Det finns tre huvudsakliga dynamiska egenskaper:

• vibration;
• acceleration;
• tyngdlöshet.

Viktlöshet är den mest ovanliga och viktiga när det gäller dess effekt på människokroppen. Detta är ett tillstånd där tyngdkraften försvinner och den inte ersätts av andra tröghetsinfluenser. I det här fallet förlorar en person helt förmågan att kontrollera kroppens position i rymden. Ett sådant tillstånd börjar redan i de lägre skikten av kosmos och består i hela dess rymd.

Medicinska och biologiska studier har visat att följande förändringar sker i människokroppen i ett tillstånd av viktlöshet:

1. Hjärtslaget ökar.
2. Musklerna slappnar av (tonus försvinner).
3. Minskad prestanda.
4. Rumsliga hallucinationer är möjliga.

En person i viktlöshet kan stanna upp till 86 dagar utan att skada hälsan. Detta har bevisats empiriskt och bekräftats ur medicinsk synvinkel. En av rymdbiologins och medicinens uppgifter idag är dock utvecklingen av en uppsättning åtgärder för att förhindra effekten av viktlöshet på människokroppen i allmänhet, eliminera trötthet, öka och konsolidera normal prestanda.

Det finns ett antal tillstånd som astronauter observerar för att övervinna viktlöshet och behålla kontrollen över kroppen:

För att uppnå goda resultat för att övervinna tyngdlöshet genomgår astronauter grundlig träning på jorden. Men tyvärr tillåter inte moderna att skapa sådana förhållanden i laboratoriet. På vår planet är det inte möjligt att övervinna tyngdkraften. Det är också en av framtidens utmaningar för rymd- och medicinsk biologi.

G-krafter i rymden (accelerationer)

En annan viktig faktor som påverkar människokroppen i rymden är acceleration eller överbelastning. Kärnan i dessa faktorer reduceras till en ojämn omfördelning av belastningen på kroppen under starka höghastighetsrörelser i rymden. Det finns två huvudtyper av acceleration:

• kortsiktigt;
• lång.

Som biomedicinska studier visar är båda accelerationerna mycket viktiga för att påverka det fysiologiska tillståndet hos kosmonautens kropp.

Så, till exempel, under verkan av kortvariga accelerationer (de varar mindre än 1 sekund), kan irreversibla förändringar inträffa i kroppen på molekylär nivå. Dessutom, om organen inte är tränade, tillräckligt svaga, finns det risk för bristning av deras membran. Sådana influenser kan utföras under separationen av kapseln med astronauten i rymden, under hans utstötning eller under landningen av rymdfarkosten i omloppsbanor.

Därför är det mycket viktigt att astronauter genomgår en grundlig läkarundersökning och viss fysisk träning innan de flyger ut i rymden.

Långverkande acceleration uppstår under uppskjutning och landning av en raket, såväl som under flygning på vissa rumsliga platser i rymden. Effekten av sådana accelerationer på kroppen, enligt data från vetenskaplig medicinsk forskning, är följande:

• ökad hjärtfrekvens och puls;
• andningen påskyndar;
• det finns förekomst av illamående och svaghet, blekhet i huden;
• synen blir lidande, en röd eller svart film visas framför ögonen;
• möjlig känsla av smärta i leder, armar och ben;
• muskeltonus minskar;
• neurohumorala regleringsförändringar;
• gasutbytet i lungorna och i kroppen som helhet blir annorlunda;
• svettning kan förekomma.

G-belastningar och viktlöshet tvingar medicinska forskare att komma på olika metoder. möjliggöra anpassning, utbilda astronauter så att de kan motstå inverkan av dessa faktorer utan konsekvenser för hälsan och utan förlust av effektivitet.

Ett av de mest effektiva sätten att träna astronauter att accelerera är centrifugapparaten. Det är i det du kan observera alla förändringar som sker i kroppen under verkan av överbelastning. Det låter dig också träna och anpassa dig till påverkan av denna faktor.

Rymdfärd och medicin

Rymdflyg har verkligen en mycket stor inverkan på människors hälsa, särskilt de som är otränade eller har kroniska sjukdomar. Därför är en viktig aspekt den medicinska forskningen av alla subtiliteter i flygningen, alla kroppens reaktioner på de mest olikartade och otroliga effekterna av utomjordiska krafter.

Flyg i tyngdlöshet tvingar modern medicin och biologi att uppfinna och formulera (samtidigt för att naturligtvis implementera) en uppsättning åtgärder för att förse astronauterna med normal näring, vila, syretillförsel, bibehålla arbetsförmåga och så vidare.

Dessutom är medicin designad för att ge kosmonauter värdig hjälp i händelse av oförutsedda nödsituationer, samt skydd mot effekterna av okända krafter från andra planeter och utrymmen. Det är ganska svårt, det kräver mycket tid och ansträngning, en stor teoretisk bas, användningen av endast den senaste moderna utrustningen och förberedelserna.

Dessutom har medicin, tillsammans med fysik och biologi, till uppgift att skydda astronauter från de fysiska faktorerna i rymdförhållandena, såsom:

• temperatur;
• strålning;
• tryck;
• meteoriter.

Därför är studiet av alla dessa faktorer och funktioner mycket viktigt.

i biologi

Rymdbiologi, som all annan biologisk vetenskap, har en viss uppsättning metoder som gör det möjligt att bedriva forskning, ackumulera teoretiskt material och bekräfta det med praktiska slutsatser. Dessa metoder förblir inte oförändrade över tid, de uppdateras och moderniseras i enlighet med aktuell tid. Men de historiskt etablerade metoderna för biologi är fortfarande relevanta än i dag. Dessa inkluderar:

1. observation.
2. Experimentera.
3. Historisk analys.
4. Beskrivning.
5. Jämförelse.

Dessa metoder för biologisk forskning är grundläggande, relevanta när som helst. Men det finns ett antal andra som har uppstått med utvecklingen av vetenskap och teknik, elektronisk fysik och molekylärbiologi. De kallas moderna och spelar den största rollen i studiet av alla biologisk-kemiska, medicinska och fysiologiska processer.

Moderna metoder

1. Metoder för genteknik och bioinformatik. Detta inkluderar agrobakteriell och ballistisk transformation, PCR (polymeraskedjereaktioner). Rollen för biologisk forskning av detta slag är stor, eftersom det är de som gör det möjligt att hitta alternativ för att lösa problemet med näring och syremättnad och hytter för astronauternas bekväma tillstånd.
2. Metoder för proteinkemi och histokemi. De tillåter kontroll av proteiner och enzymer i levande system.
3. Användning av fluorescensmikroskopi, superupplösningsmikroskopi.
4. Användning av molekylärbiologi och biokemi och deras forskningsmetoder.
5. Biotelemetri- en metod som är resultatet av en kombination av ingenjörers och läkares arbete på biologisk grund. Det låter dig kontrollera alla kroppens fysiologiskt viktiga funktioner på avstånd med hjälp av människokroppens radiokommunikationskanaler och en datorinspelare. Rymdbiologi använder denna metod som huvudmetod för att spåra effekterna av rymdförhållanden på astronauternas organismer.
6. Biologisk indikation på interplanetärt rymd. En mycket viktig metod för rymdbiologi, som gör det möjligt att bedöma de interplanetära tillstånden i miljön, för att få information om olika planeters egenskaper. Grunden här är användningen av djur med inbyggda sensorer. Det är försöksdjur (möss, hundar, apor) som extraherar information från banor, som används av terrestra forskare för analys och slutsatser.

Moderna metoder för biologisk forskning tillåter att lösa avancerade problem, inte bara av rymdbiologi, utan också universella.

Problem med rymdbiologi

Alla ovanstående metoder för biomedicinsk forskning har tyvärr ännu inte kunnat lösa alla problem med rymdbiologi. Det finns ett antal aktuella frågor som förblir brådskande än i dag. Låt oss överväga de huvudsakliga problemen som rymdmedicin och biologi står inför.

1. Val av utbildad personal för rymdflygning, vars hälsotillstånd skulle kunna uppfylla alla läkares krav (inklusive att tillåta kosmonauter att utstå rigorös träning och utbildning för flygningar).
2. Anständig nivå av utbildning och utbud av allt som behövs för arbetsutrymmesbesättningar.
3. Säkerställande av säkerhet i alla avseenden (inklusive från okända eller främmande faktorer av påverkan från andra planeter) till arbetsfartyg och flygplansstrukturer.
4. Psykofysiologisk rehabilitering av astronauter under deras återkomst till jorden.
5. Utveckling av sätt att skydda astronauter och från
6. Säkerställer normala levnadsförhållanden i hytterna under rymdfärder.
7. Utveckling och tillämpning av moderniserad datorteknik inom rymdmedicin.
8. Implementering av rymdtelemedicin och bioteknik. Använda metoderna för dessa vetenskaper.
9. Löser medicinska och biologiska problem för bekväma flygningar av astronauter till Mars och andra planeter.
10. Syntes av farmakologiska medel som kommer att lösa problemet med syretillförsel i rymden.

Utvecklade, förbättrade och komplexa metoder för biomedicinsk forskning kommer säkerligen att göra det möjligt att lösa alla uppgifter och befintliga problem. Men när detta kommer att ske är en komplex och ganska oförutsägbar fråga.

Det bör noteras att inte bara ryska forskare, utan också det akademiska rådet i alla länder i världen, hanterar alla dessa frågor. Och detta är ett stort plus. Gemensam forskning och sökningar kommer trots allt att ge ett oproportionerligt större och snabbare positivt resultat. Nära globalt samarbete för att lösa rymdproblem är nyckeln till framgång i utforskningen av utomjordiskt rymd.

Moderna prestationer

Det finns många sådana prestationer. När allt kommer omkring bedrivs ett intensivt arbete varje dag, noggrant och mödosamt, vilket gör att du kan hitta fler och fler nya material, dra slutsatser och formulera hypoteser.

En av 2000-talets viktigaste upptäckter inom kosmologin var upptäckten av vatten på Mars. Detta gav omedelbart upphov till dussintals hypoteser om närvaron eller frånvaron av liv på planeten, om möjligheten att flytta jordbor till Mars, och så vidare.

En annan upptäckt var att forskare har bestämt åldersgränserna inom vilka en person kan vara i rymden så bekvämt och utan allvarliga konsekvenser som möjligt. Denna ålder börjar från 45 år och slutar vid cirka 55-60 år. Unga människor som går ut i rymden lider extremt psykologiskt och fysiologiskt efter att ha återvänt till jorden, de är svåra att anpassa och bygga upp igen.

Vatten upptäcktes också på månen (2009). Kvicksilver och en stor mängd silver hittades också på jordens satellit.

Metoderna för biologisk forskning, såväl som tekniska och fysiska indikatorer, gör det möjligt att med tillförsikt dra slutsatser om ofarligheten (åtminstone inte mer skadlig än på jorden) av effekterna av jonstrålning och exponering i rymden.

Vetenskapliga studier har visat att en lång vistelse i rymden inte påverkar astronauternas fysiska hälsa. Men psykiska problem kvarstår.

Studier har genomförts som visar att högre växter reagerar olika på att vistas i rymden. Frön från vissa växter i studien visade inga genetiska förändringar. Andra, tvärtom, visade uppenbara deformationer på molekylär nivå.

Experiment utförda på celler och vävnader från levande organismer (däggdjur) visade att rymden inte påverkar det normala tillståndet och funktionen hos dessa organ.

Olika typer av medicinska studier (tomografi, MRT, blod- och urintester, kardiogram, datortomografi, och så vidare) ledde till slutsatsen att de fysiologiska, biokemiska, morfologiska egenskaperna hos mänskliga celler förblir oförändrade när de vistas i rymden i upp till 86 dagar .

Under laboratorieförhållanden återskapades ett konstgjort system, som gör det möjligt att komma så nära tillståndet av viktlöshet som möjligt och på så sätt studera alla aspekter av detta tillstånds påverkan på kroppen. Detta gjorde det i sin tur möjligt att utveckla ett antal förebyggande åtgärder för att förhindra påverkan av denna faktor under mänsklig flygning i noll gravitation.

Resultaten av exobiologi har blivit data som indikerar närvaron av organiska system utanför jordens biosfär. Hittills har bara den teoretiska formuleringen av dessa antaganden blivit möjlig, men snart planerar forskare att skaffa praktiska bevis.

Tack vare forskning från biologer, fysiker, läkare, ekologer och kemister avslöjades djupa mekanismer för mänsklig påverkan på biosfären. För att uppnå detta blev det möjligt genom att skapa artificiella ekosystem utanför planeten och utöva samma inflytande på dem som på jorden.

Dessa är inte alla prestationer av rymdbiologi, kosmologi och medicin idag, utan bara de viktigaste. Det finns en stor potential, vars förverkligande är de listade vetenskapernas uppgift för framtiden.

Livet i rymden

Enligt moderna idéer kan liv i rymden existera, eftersom nya upptäckter bekräftar närvaron på vissa planeter av lämpliga förhållanden för livets uppkomst och utveckling. Men forskarnas åsikter om denna fråga är indelade i två kategorier:

• det finns inget liv någonstans utom jorden, det har aldrig varit och kommer aldrig att finnas;
• det finns liv i de stora vidderna av yttre rymden, men människor har ännu inte upptäckt det.

Vilken av hypoteserna som är korrekt är upp till var och en att avgöra. Det finns tillräckligt med bevis och vederlag för både det ena och det andra.

GOU Lyceum nr 000

Kalininsky-distriktet i St Petersburg

Forskning

Biomedicinsk forskning i rymden

Gurshev Oleg

Chef: biologilärare

St Petersburg, 2011

Inledning 2

Början av biomedicinsk forskning i mitten av 1900-talet. 3

Effekten av rymdfärd på människokroppen. 6

Exobiologi. 10

Utsikter för utveckling av forskning. fjorton

Lista över använda källor. 17

Tillämpning (presentation, experiment) 18

Introduktion

Rymdbiologi och medicin- en komplex vetenskap som studerar egenskaperna hos en persons och andra organismers liv under en rymdfärd. Huvuduppgiften för forskning inom området rymdbiologi och medicin är utvecklingen av medel och metoder för livsuppehållande, upprätthållande av hälsan och prestanda hos besättningsmedlemmar på rymdfarkoster och stationer under flygningar av olika varaktighet och grader av komplexitet. Rymdbiologi och medicin är oupplösligt kopplade till astronautik, astronomi, astrofysik, geofysik, biologi, flygmedicin och många andra vetenskaper.

Ämnets relevans är ganska stor i vårt moderna och snabba XXI-tal.

Ämnet "Medicinsk och biologisk forskning" har varit intressant för mig de senaste två åren, sedan jag bestämde mig för mitt yrkesval, så jag bestämde mig för att forska om detta ämne.

2011 är ett jubileumsår - 50 år sedan den första mänskliga flygningen ut i rymden.

Början av biomedicinsk forskning i mittenXXårhundrade

Följande milstolpar anses vara utgångspunkterna i utvecklingen av rymdbiologi och medicin: 1949 - för första gången dök möjligheten att bedriva biologisk forskning under raketflygningar upp; 1957 - för första gången skickades en levande varelse (hunden Laika) till en omloppsflygning nära jorden på den andra konstgjorda jordsatelliten; 1961 - den första bemannade flygningen ut i rymden, perfekt. För att vetenskapligt underbygga möjligheten av en medicinskt säker flygning för en person ut i rymden, studerades toleransen för de effekter som är karakteristiska för uppskjutning, omloppsflygning, nedstigning och landning av rymdfarkoster (SCV) på jorden, och hur biotelemetrisk utrustning fungerar. och livsuppehållande system för astronauter testades. Den största uppmärksamheten ägnades åt att studera effekten av viktlöshet och kosmisk strålning på kroppen.

Laika (hundastronaut) 1957

R Resultaten som erhållits under loppet av biologiska experiment på raketer, den andra konstgjorda satelliten (1957), roterade rymdfarkostsatelliter (1960-1961), i kombination med data från markbaserade kliniska, fysiologiska, psykologiska, hygieniska och andra studier, faktiskt öppnade vägen för människan ut i rymden. Dessutom gjorde biologiska experiment i rymden i förberedelsestadiet för den första mänskliga rymdflygningen det möjligt att identifiera ett antal funktionella förändringar som inträffar i kroppen under påverkan av flygfaktorer, vilket var grunden för planering av efterföljande experiment på djur och växtorganismer under flygningar av bemannade rymdfarkoster, orbitalstationer och biosatelliter. . Världens första biologiska satellit med ett försöksdjur - hunden "Laika". Lanserades i omloppsbana den 11/03/1957 och stannade där i 5 månader. Satelliten fanns i omloppsbana fram till den 14 april 1958. Satelliten hade två radiosändare, ett telemetrisystem, en programmeringsenhet, vetenskapliga instrument för att studera solstrålning och kosmiska strålar, regenerering och termiska kontrollsystem för att upprätthålla förhållanden i kabinen som är nödvändiga för att djurets existens. Den första vetenskapliga informationen om tillståndet hos en levande organism under rymdflygningsförhållanden har erhållits.

Framgångar inom området rymdbiologi och medicin var till stor del förutbestämd framgång i utvecklingen av bemannad astronautik. Tillsammans med flyg , begick den 12 april 1961, sådana epokgörande händelser i astronautikens historia som landningen av astronauter den 21 juli 1969 Armstrong(N. Armstrong) och Aldrin(E. Aldrin) till månens yta och flermånaders (upp till ett år) besättningsflyg på Salyut och Mir omloppsstationerna. Detta blev möjligt tack vare utvecklingen av de teoretiska grunderna för rymdbiologi och -medicin, metodiken för att bedriva medicinsk och biologisk forskning i rymdflyg, motiveringen och implementeringen av metoder för urval och utbildning före flygning av astronauter, samt utveckling av livsuppehållande, medicinsk kontroll, upprätthållande av hälsa och arbetsförmåga för besättningsmedlemmar under flygning.

Apollo 11-teamet (vänster till höger): Neil. A. Armstrong, kommandomodulpilot Michael Collins, befälhavare Edwin (Buzz) E. Aldrin.

Effekten av rymdflyg på människokroppen

Under rymdflygning påverkas människokroppen av ett komplex av faktorer relaterade till flygdynamik (acceleration, vibrationer, buller, viktlöshet), vistelse i ett slutet rum med begränsad volym (förändrad gasmiljö, hypokinesi, neuro-emotionell stress, etc.) .), såväl som faktorer i yttre rymden som livsmiljö (kosmisk strålning, ultraviolett strålning, etc.).

I början och slutet av en rymdfärd påverkas kroppen av linjära accelerationer . Deras magnituder, stiggradient, tidpunkt och aktionsriktning under uppskjutningen och införandet av rymdfarkosten i en omloppsbana nära jorden beror på egenskaperna hos raket- och rymdkomplexet, och under återvändandeperioden till jorden - på de ballistiska egenskaperna av flygningen och typen av rymdfarkost. Att utföra manövrar i omloppsbana åtföljs också av påverkan av accelerationer på kroppen, men deras storlek under flygningar av moderna rymdfarkoster är obetydliga.

Lansering av rymdfarkosten Soyuz TMA-18 till den internationella rymdstationen från Baikonur Cosmodrome

Grundläggande information om effekten av accelerationer på människokroppen och sätt att skydda mot deras negativa effekter erhölls under forskning inom flygmedicin, rymdbiologi och medicin endast kompletterade denna information. Det visade sig att att stanna i viktlöshet, särskilt under lång tid, leder till en minskning av kroppens motstånd mot verkan av accelerationer. I detta avseende, några dagar före nedstigningen från omloppsbanan, byter kosmonauterna till en speciell regim för fysisk träning, och omedelbart före nedstigningen får de vattensalttillskott för att öka kroppens hydreringsgrad och volymen av cirkulerande blod . Speciella stolar har utvecklats - logi och anti-g-dräkter, som ger en ökning av toleransen för accelerationer under astronauternas återkomst till jorden.

Bland alla faktorer för rymdflygning är viktlöshet konstant och praktiskt taget oreproducerbar under laboratorieförhållanden. Dess inverkan på kroppen är varierande. Det finns både ospecifika adaptiva reaktioner som är karakteristiska för kronisk stress och en mängd specifika förändringar som orsakas av en kränkning av interaktionen mellan kroppens sensoriska system, omfördelning av blod i den övre halvan av kroppen, en minskning av dynamiskt och nästan fullständigt avlägsnande av statiska belastningar på muskuloskeletala systemet.

ISS sommaren 2008

Undersökningar av kosmonauter och många experiment på djur under flygningarna av Kosmos biosatelliter gjorde det möjligt att fastställa att den ledande rollen i förekomsten av specifika reaktioner kombinerade i symptomkomplexet av rymdformen av åksjuka (sjuka) tillhör den vestibulära apparaten . Detta beror på en ökning av excitabiliteten hos otolit- och halvcirkulära kanalreceptorer under viktlösa förhållanden och en störning i interaktionen mellan den vestibulära analysatorn och andra sensoriska system i kroppen. Under tyngdlöshetsförhållanden visar människor och djur tecken på avträngning av det kardiovaskulära systemet, en ökning av blodvolymen i kärlen i bröstet, trängsel i levern och njurarna, förändringar i cerebral cirkulation och en minskning av plasmavolymen. På grund av det faktum att under förhållanden av viktlöshet förändras utsöndringen av antidiuretiskt hormon, aldosteron och njurarnas funktionella tillstånd, hypohydrering av kroppen utvecklas. Samtidigt minskar innehållet av extracellulär vätska och utsöndringen av kalcium-, fosfor-, kväve-, natrium-, kalium- och magnesiumsalter från kroppen ökar. Förändringar i muskuloskeletala systemet sker främst i de avdelningar som under normala livsförhållanden på jorden bär den största statiska belastningen, det vill säga musklerna i ryggen och nedre extremiteterna, i benen i de nedre extremiteterna och ryggkotorna. Det finns en minskning av deras funktionalitet, en nedgång i hastigheten för periosteal benbildning, osteoporos av det svampiga ämnet, avkalkning och andra förändringar som leder till en minskning av benens mekaniska styrka.

Under den initiala anpassningsperioden till viktlöshet (tar i genomsnitt cirka 7 dagar) upplever ungefär varannan kosmonaut yrsel, illamående, rörelsestörningar, försämrad uppfattning om kroppsposition i rymden, en känsla av att blodet rinner mot huvudet, svårigheter att nasal andning och försämrad aptit. I vissa fall leder detta till en minskning av den totala prestationen, vilket gör det svårt att utföra professionella uppgifter. Redan i det inledande skedet av flygningen uppträder initiala tecken på förändringar i musklerna och benen i armar och ben.

När varaktigheten av vistelsen i viktlöshet ökar, försvinner eller jämnar ut många obehagliga förnimmelser. Samtidigt, praktiskt taget i alla astronauter, om lämpliga åtgärder inte vidtas, förändringar i tillståndet i det kardiovaskulära systemet, metabolism, muskel- och benvävnad framskrider. För att förhindra negativa förskjutningar används ett brett utbud av förebyggande åtgärder och medel: en vakuumtank, en cykelergometer, ett löpband, träningsdräkter, en elektromyostimulator, träningsexpanderare, ta salttillskott, etc. Detta gör det möjligt att bibehålla god hälsa och en hög effektivitetsnivå för besättningsmedlemmar vid långvariga rymdflygningar.

En oundviklig åtföljande faktor för varje rymdflygning är hypokinesi - begränsning av motorisk aktivitet, som, trots intensiv fysisk träning under flygningen, leder till allmän avträning och asteni i kroppen under viktlösa förhållanden. Flera studier har visat att långvarig hypokinesi, skapad genom att ligga i sängen med huvudänden lutad (-6°), har nästan samma effekt på människokroppen som långvarig viktlöshet. Denna metod för att modellera några fysiologiska effekter av viktlöshet i laboratorieförhållanden användes flitigt i Sovjetunionen och USA. Den maximala varaktigheten för ett sådant modellexperiment, utfört vid Institutet för biomedicinska problem vid Sovjetunionens hälsoministerium, var ett år.

Ett specifikt problem är studiet av effekterna av kosmisk strålning på kroppen. Dosimetriska och radiobiologiska experiment gjorde det möjligt att skapa och omsätta ett system för att säkerställa strålsäkerheten vid rymdflygningar, vilket inkluderar medel för dosimetrisk kontroll och lokalt skydd, strålskyddande preparat (radioskydd).

Orbital station "MIR"

Till rymdbiologins och rymdmedicinens uppgifter hör att studera biologiska principer och metoder för att skapa en artificiell livsmiljö på rymdfarkoster och stationer. För detta väljs levande organismer som är lovande för inkludering som länkar i ett slutet ekologiskt system, produktiviteten och stabiliteten hos populationer av dessa organismer studeras, experimentella enhetliga system av levande och icke-levande komponenter - biogeocenoser modelleras, deras funktionella egenskaper och möjligheter till praktisk användning vid rymdflyg bestäms.

En sådan riktning för rymdbiologi och medicin som exobiologi, som studerar närvaron, distributionen, egenskaperna och utvecklingen av levande materia i universum, utvecklas också framgångsrikt. På basis av markmodellexperiment och studier i rymden erhölls data som indikerar den teoretiska möjligheten att organiskt material finns utanför biosfären. Ett program genomförs också för att söka efter utomjordiska civilisationer genom att registrera och analysera radiosignaler som kommer från rymden.

Soyuz TMA-6

Exobiologi

Ett av rymdbiologins områden; är engagerad i sökandet efter levande materia och organiska ämnen i rymden och på andra planeter. Exobiologins huvudmål är att få direkta eller indirekta data om existensen av liv i rymden. Grunden för detta är fynden av prekursorer till komplexa organiska molekyler (blåvätesyra, formaldehyd, etc.), som detekterades i yttre rymden med spektroskopiska metoder (upp till 20 organiska föreningar hittades totalt). Metoder för exobiologi är olika och är utformade inte bara för att upptäcka främmande manifestationer av liv, utan också för att få vissa egenskaper hos möjliga utomjordiska organismer. För att antyda existensen av liv under utomjordiska förhållanden, till exempel på andra planeter i solsystemet, är det viktigt att ta reda på organismernas förmåga att överleva under experimentell reproduktion av dessa förhållanden. Många mikroorganismer kan existera vid temperaturer nära absolut noll och höga (upp till 80-95 °C) temperaturer; deras sporer tål djupt vakuum och långa torktider. De bär mycket högre doser av joniserande strålning än i yttre rymden. Utomjordiska organismer bör troligen ha en högre anpassningsförmåga till liv i en miljö som innehåller en liten mängd vatten. Anaeroba förhållanden tjänar inte som ett hinder för livets utveckling, därför kan man teoretiskt anta existensen i rymden av de mest olika mikroorganismerna när det gäller deras egenskaper, som kan anpassa sig till ovanliga förhållanden genom att utveckla olika skyddsanordningar. Experimenten som utfördes i Sovjetunionen och USA gav inte bevis på att det fanns liv på Mars, det finns inget liv på Venus och Merkurius, det är också osannolikt på jätteplaneterna, såväl som deras satelliter. I solsystemet finns förmodligen liv bara på jorden. Enligt vissa idéer är liv utanför jorden endast möjligt på vatten-kolbas, vilket är karakteristiskt för vår planet. En annan synpunkt utesluter inte kisel-ammoniakbasen, men mänskligheten har ännu inte bemästrat metoderna för att upptäcka utomjordiska livsformer.

"Viking"

Vikingaprogrammet

Vikingaprogrammet- NASA:s rymdprogram för att studera Mars, i synnerhet, för närvaron av liv på denna planet. Programmet inkluderade uppskjutningen av två identiska rymdfarkoster - "Viking-1" och "Viking-2", som var tänkta att bedriva forskning i omloppsbana och på Mars yta. Viking-programmet var kulmen på en serie uppdrag för att utforska Mars som började 1964 med Mariner 4, följt av Mariner 6 och Mariner 7 1969, och Mariner 9-omloppsuppdragen 1971 och 1972 Vikingarna tog sin plats i historien om utforskningen av Mars som den första amerikanska rymdfarkost som landade säkert på ytan. Det var ett av de mest informativa och framgångsrika uppdragen till den röda planeten, även om det inte lyckades upptäcka liv på Mars.

Båda fordonen lanserades 1975 från Cape Canaveral, Florida. Före flygningen steriliserades landarna noggrant för att förhindra kontaminering av Mars av jordlevande livsformer. Flygtiden tog lite mindre än ett år och de anlände till Mars 1976. Vikingauppdragen var planerade att vara 90 dagar efter landning, men varje enhet fungerade mycket mer än denna period. Viking-1 orbiter fungerade fram till 7 augusti 1980, nedstigningsfordon - fram till 11 november 1982. Viking-2 orbiter fungerade fram till 25 juli 1978, nedstigningsfordon - till 11 april 1980.

Snötäckt öken på Mars. Ögonblicksbild av Viking-2

BION-program

BION-program omfattar komplex forskning om djur- och växtorganismer i flygningar av specialiserade satelliter (biosatelliter) i rymdbiologins, medicinens och bioteknikens intresse. Från 1973 till 1996 skickades 11 biosatelliter upp i rymden.

Ledande vetenskaplig institution: Ryska federationens statliga vetenskapliga centrum - Institutet för biomedicinska problem vid Ryska vetenskapsakademin (Moskva)
Designavdelning: SNP RCC "TsSKB-Progress" (Samara)
Flygtid: från 5 till 22,5 dagar.
Lanseringsplats: Plesetsk Cosmodrome
Landningsområde: Kazakstan
Deltagande länder: Sovjetunionen, Ryssland, Bulgarien, Ungern, Tyskland, Kanada, Kina, Nederländerna, Polen, Rumänien, USA, Frankrike, Tjeckoslovakien

Studier på råttor och apor i biosatellitflyg har visat att exponering för viktlöshet leder till betydande men reversibla funktionella, strukturella och metabola förändringar i muskler, skelett, myokard och neurosensoriska system hos däggdjur. Fenomenologin beskrivs och mekanismen för utveckling av dessa förändringar studeras.

För första gången under flygningarna av biosatelliter "BION" omsattes idén om att skapa en artificiell gravitationskraft (IGF). I experiment på råttor fann man att IST, skapad genom rotation av djur i en centrifug, förhindrar utvecklingen av negativa förändringar i muskler, ben och myokard.

Inom ramen för Rysslands federala rymdprogram för perioden 2006-2015. i avsnittet "Rymdverktyg för grundläggande rymdforskning" planeras fortsättningen av programmet "BION", uppskjutningarna av rymdfarkosten "BION-M" är planerade till 2010, 2013 och 2016.

"BION"

Utsikter för utveckling av forskning

Det nuvarande skedet av utforskning och studie av yttre rymden kännetecknas av en gradvis övergång från långvariga orbitala flygningar till interplanetära flygningar, varav den närmaste ses expedition till Mars. I det här fallet förändras situationen radikalt. Det förändras inte bara objektivt, vilket är förknippat med en betydande ökning av vistelsens varaktighet i rymden, landning på en annan planet och återvändande till jorden, utan också, vilket är mycket viktigt, subjektivt, eftersom, efter att ha lämnat jordens omloppsbana som redan har bli vana kommer astronauter att förbli (på mycket kort tid) storleken på en grupp av sina kollegor) "ensamma" i universums stora vidder.

Samtidigt uppstår fundamentalt nya problem förknippade med en kraftig ökning av intensiteten av kosmisk strålning, behovet av att använda förnybara källor till syre, vatten och mat, och viktigast av allt, lösningen av psykologiska och medicinska problem.

DIV_ADBLOCK380">

Svårigheten att styra ett sådant system i en begränsad hermetiskt sluten volym är så stor att man inte kan hoppas på att det tidigt kommer att införas i praktiken. Med all sannolikhet kommer övergången till ett biologiskt livsuppehållande system att ske gradvis när dess individuella länkar är klara. I det första steget av utvecklingen av BSZhO är det uppenbart att den fysikalisk-kemiska metoden för att erhålla syre och utnyttja koldioxid kommer att ersättas med en biologisk. Som ni vet är de huvudsakliga "leverantörerna" av syre högre växter och fotosyntetiska encelliga organismer. En svårare uppgift är att fylla på vatten och mat.

Dricksvatten kommer uppenbarligen fortfarande att vara av "jordiskt ursprung" under mycket lång tid, och tekniskt vatten (används för hushållsbehov) fylls redan på genom regenerering av luftfuktighetskondensat (CDA), urin och andra källor.

Utan tvekan är huvudkomponenten i det framtida slutna ekologiska systemet växter. Studier på högre växter och fotosyntetiska encelliga organismer ombord på rymdfarkoster har visat att växter under rymdflyg går igenom alla utvecklingsstadier, från frönsgroning till bildandet av primära organ, blomning, befruktning och mognad av en ny generation frön. Således bevisades den grundläggande möjligheten att genomföra hela cykeln av växtutveckling (från frö till frö) under mikrogravitationsförhållanden experimentellt. Resultaten av rymdexperiment var så uppmuntrande att de redan i början av 1980-talet gjorde det möjligt att dra slutsatsen att utvecklingen av biologiska livsuppehållande system och skapandet på denna grund av ett ekologiskt slutet system i en begränsad hermetisk volym inte är en så svår uppgift . Men med tiden blev det uppenbart att problemet inte kan lösas helt, åtminstone förrän huvudparametrarna bestämts (beräknade eller experimentellt) som gör det möjligt att balansera mass- och energiflödena i detta system.

För att förnya livsmedelsförsörjningen är det också nödvändigt att introducera djur i systemet. Naturligtvis, i de första stadierna, bör dessa vara "småstora" representanter för djurvärlden - blötdjur, fiskar, fåglar och senare kanske kaniner och andra däggdjur.

Under interplanetära flygningar behöver astronauter således inte bara lära sig att odla växter, hålla djur och odla mikroorganismer, utan också utveckla ett tillförlitligt sätt att kontrollera "rymdarken". Och för detta måste du först ta reda på hur en enskild organism växer och utvecklas i en rymdflygning, och sedan vilka krav varje enskilt element i ett slutet ekologiskt system ställer på samhället.

Min huvudsakliga uppgift i forskningsarbetet var att ta reda på hur intressant och spännande rymdforskning har varit och hur lång tid det fortfarande har kvar!

Om du bara föreställer dig vilken variation av allt liv som är på vår planet, vad kan då antas om kosmos ...

Universum är så stort och okänt att den här typen av forskning är livsviktig för oss som bor på planeten jorden. Men vi är bara i början av resan och vi har så mycket att veta och se!

Under hela tiden när jag gjorde det här arbetet lärde jag mig så många intressanta saker som jag aldrig misstänkt, jag lärde mig om utmärkta forskare som Carl Sagan, jag lärde mig om de mest intressanta rymdprogrammen som genomfördes under 1900-talet, både i USA och i Sovjetunionen lärde jag mig mycket om moderna program som BION och många andra saker.

Forskningen fortsätter...

Lista över använda källor

Big Children's Encyclopedia Universe: Populärvetenskaplig utgåva. - Russian Encyclopedic Association, 1999. Webbplats http://spacembi. *****/ Big Encyclopedia Universe. - M.: Förlaget "Astrel", 1999.

4. Encyclopedia Universe ("ROSMEN")

5. Wikipedia webbplats (bilder)

6.Rymden vid millennieskiftet. Dokument och material. M., Internationella relationer (2000)

Bilaga.

"Mars Transfer"

"Mars transfer" Utveckling av en av länkarna till det framtida biologiska och tekniska livsuppehållande systemet för astronauter.

Mål: Skaffa nya data om processerna för gas-vätsketillförsel i rotbefolkade medier under rymdfärd

Uppgifter: Experimentell bestämning av koefficienterna för kapillär diffusion av fukt och gaser

Förväntade resultat: Skapande av en installation med en rotad miljö för att odla växter i förhållande till mikrogravitationsförhållanden

· Ställ in "Experimentell kyvett" för att bestämma egenskaperna för fuktöverföring (impregneringsfrontens hastighet och fukthalt i separata zoner)

Videokomplex LIV för videoinspelning av impregneringsfrontens rörelse

Mål: Användningen av ny datorteknik för att förbättra komforten för en astronauts vistelse under en långvarig rymdfärd.

Uppgifter: Aktivering av specifika områden i hjärnan som är ansvariga för astronautens visuella associationer förknippade med hans hemorter och familj på jorden med en ytterligare ökning av hans prestationsförmåga. Analys av tillståndet för astronauten i omloppsbana genom testning enligt speciella metoder.

Begagnad vetenskaplig utrustning:

Block EGE2 (enskild astronauthårddisk med fotoalbum och frågeformulär)

"väst" Inhämtning av data för att utveckla åtgärder för att förhindra de negativa effekterna av flygförhållanden på hälsan och prestanda för ISS-besättningen.

Mål: Utvärdering av ett nytt integrerat klädsystem av olika typer av material för användning i rymdflygningsförhållanden.

Uppgifter:

bär kläder "VEST", speciellt designad för flygningen av den italienska kosmonauten R. Vittori på ISS RS; ta emot feedback från astronauten angående det psykologiska och fysiologiska välbefinnandet, det vill säga komforten (bekvämligheten), bärbarheten hos kläder; hennes estetik; effektiviteten av värmebeständighet och fysisk hygien ombord på stationen.

Förväntade resultat: Bekräftelse av funktionaliteten hos det nya integrerade klädsystemet "VEST", inklusive dess ergonomiska prestanda i rymdflygning, vilket kommer att minska vikten och volymen av kläder som planeras för användning i långvariga rymdflygningar till ISS.

glida 1

Beskrivning av bilden:

glida 2

Beskrivning av bilden:

glida 3

Beskrivning av bilden:

glida 4

Beskrivning av bilden:

glida 5

Beskrivning av bilden:

glida 6

Beskrivning av bilden:

Experiment på den sovjetiska biosatelliten Kosmos-110 med två hundar ombord och på den amerikanska biosatelliten Bios-3 med en apa ombord var viktiga för den fortsatta utvecklingen av den ekofysiologiska forskningslinjen. Under den 22 dagar långa flygningen utsattes hundarna för första gången inte bara för påverkan av oundvikligen inneboende faktorer, utan också för ett antal specialeffekter (irritation av sinusnerven av elektrisk ström, fastklämning av halspulsåder, etc. .), som syftar till att belysa särdragen i nervregleringen av blodcirkulationen under viktlösa förhållanden. Djurens blodtryck registrerades direkt. Under apans flygning på Bios-3-biosatelliten, som varade i 8,5 dagar, upptäcktes allvarliga förändringar i sömn- och vakenhetscyklerna (fragmentering av medvetandetillstånd, snabba övergångar från sömnighet till vakenhet, en märkbar minskning av sömnfaser förknippade med med drömmar och djup dåsighet) , såväl som ett brott mot den dagliga rytmen för vissa fysiologiska processer. Djurets död, som följde kort efter det tidiga slutet av flygningen, berodde, enligt ett antal experter, på inverkan av viktlöshet, vilket ledde till omfördelning av blod i kroppen, förlust av vätska och försämrat kalium och natriummetabolism.

Bild 7

Beskrivning av bilden:

Bild 8

Beskrivning av bilden:

Bild 9

Beskrivning av bilden:

Forskning inom rymdbiologi gjorde det möjligt att utveckla ett antal skyddsåtgärder och förberedde möjligheten till en säker flygning ut i rymden för en person, vilket utfördes av flygningar av sovjetiska och sedan amerikanska fartyg med människor ombord. Betydelsen av rymdbiologi slutar inte där. Forskning inom detta område kommer även fortsättningsvis att behövas särskilt för att lösa ett antal problem, särskilt för biologisk spaning av nya rymdvägar. Detta kommer att kräva utveckling av nya metoder för biotelemetri (en metod för att på distans studera biologiska fenomen och mäta biologiska indikatorer), skapa implanterbara enheter för liten telemetri (en uppsättning tekniker som tillåter fjärrmätningar och insamling av information som kan tillhandahållas en operatör eller användare ), omvandling av olika typer av energi som uppstår i kroppen till den elektriska energi som krävs för att driva sådana enheter, nya metoder för att "komprimera" information, etc. Rymdbiologi kommer också att spela en extremt viktig roll i utvecklingen av biokomplex, eller slutna ekologiska system med autotrofa och heterotrofa organismer, nödvändiga för långtidsflygningar.

Rymdbiologi är en gren av biologin som studerar egenskaperna hos existensen av levande organismer under utomjordiska förhållanden, inverkan av kosmiska faktorer på dem, såväl som möjligheten av existensen av liv på andra planeter.

Framväxten och utvecklingen av rymdbiologi är förknippad med framgångarna för modern vetenskap och raketteknik, som gjorde det möjligt att genomföra flygningar bortom jordens atmosfär.

Rymdbiologin utvecklar forskningsmetoder och medel för att säkerställa människors och djurs liv i rymdfärd, när en levande organism samtidigt kan påverkas av olika faktorer. Först och främst är dessa joniserande strålning (se Kosmisk strålning), accelerationer och viktlöshet, samt långvarig isolering under förhållanden med begränsad motorisk aktivitet, en artificiell atmosfär, vissa kostvanor etc. Effekten av dessa faktorer på människor, djur och växter studeras i laboratoriet, simulerar individuella faktorer för rymdflygning, eller i flygningar på konstgjorda jordsatelliter och rymdfarkoster som styrs direkt av människan.

När man löser problemet med existensen av liv på andra planeter, studeras de naturliga förhållandena för dessa planeter, sammansättningen av meteoriter analyseras i jämförelse med formerna för manifestation av liv på jorden under olika klimatförhållanden (Arktis, Antarktis, berg, öknar, etc.).

Djur (apor, hundar, möss, marsvin), insekter (drosophila flugor, etc.), växter (encelliga alger -; frön av vete, ärtor, lök, etc.) används som studieobjekt.

Studier av djur som har gjort flygningar med olika flygplan (inklusive raketer) har gett vetenskapliga bevis för möjligheten av mänskliga flygningar ut i rymden.

I processen för biomedicinsk forskning studeras kroppens funktionella system (kardiovaskulära, andningsorgan, matsmältningsorgan, etc.), som kännetecknar dess allmänna tillstånd, gränserna för tolerans mot effekterna av skadliga faktorer; genomföra en studie av kroppens skyddande funktioner, biokemiska studier av blod, urin, tillståndet för hematopoetiska funktioner genom cytologiska och histologiska metoder. På växter och fruktflugor utförs genetiska studier av processerna för överföring av ärftliga egenskaper och tillväxt under påverkan av rymdflygningsfaktorer.

Moderna metoder och utrustning används i stor utsträckning inom rymdbiologisk forskning. Så för att studera och kontrollera tillståndet för olika funktionella system används elektrofysiologisk utrustning (elektroencefalografer, elektrokardiografer, myografer, etc.); att mäta de fysiska och fysiologiska parametrarna som kännetecknar tillståndet för studieobjektet och dess levnadsförhållanden direkt under flygning - telemetriska metoder, TV, som låter dig observera objektet på avstånd, beräkningsmaskiner, som gör det möjligt att i tid och noggrant bearbeta den information som behövs för att övervaka tillståndet av ett levande objekt i cockpiten på en rymdfarkost.

De data som erhölls om effekten av individuella faktorer för rymdflygning på levande organismer gjorde det möjligt att utveckla skyddsåtgärder för säkerheten för mänskliga flygningar i rymden - hermetiska hytter, skyddsmedel mot joniserande strålning etc. (se Rymdmedicin).

Ett stort och mycket komplext problem inom rymdbiologin är utvecklingen av medel för att säkerställa normalt mänskligt liv under rymdfärd. Valet av ett lämpligt livstödssystem för en astronaut bestäms av rymdfärdens varaktighet. Så för en flygning som bara varar några dagar, används ett livsuppehållande system, baserat på användningen av mat, vatten och syre som tas från jorden, eller högeffektiva kemiska föreningar som absorberar och frigör syre.

Vid långvariga rymdflygningar till andra planeter i solsystemet, när reserverna som tagits från jorden inte kan tillhandahålla astronauterna, kommer mer komplexa livsuppehållande system baserade på den biologiska cykeln av ämnen i rymdfarkostens kabin att användas. I detta avseende utförs experimentellt arbete för att underbygga principerna och metoderna för att tillhandahålla de nödvändiga förutsättningarna för mänskligt liv i kabinen på en rymdfarkost.

För att förse astronauterna med luft används fysikalisk eller fysikalisk-kemiska metoder för gasmiljön i hytterna, det vill säga omvandling av använd luft till luft som lämpar sig för andning, med en liten tillsats av frisk, oregenererad luft från reserver som tagits från Jorden.

Vattenförsörjningssystemet tillhandahåller återvinning av vatten från mänskligt avfall (utandningsluft, urin). Med hjälp av destillation, elektroosmos, rening med jonbytarhartser etc. är det möjligt att erhålla vatten lämpligt att dricka.

För att förse astronauterna med de nödvändiga näringsämnena skapas biologiska samhällen: en växt - ett djur - en person. För detta kan alger (till exempel chlorella), trädgårdsgrödor, djur- och växtplankton, fjäderfä, kaniner etc. användas på fartyget. Skapandet av sådana system är en nödvändig förutsättning för att säkerställa mänsklig flykt till andra planeter i solsystem.

På det hela taget har rymdbiologins vetenskapliga landvinningar haft ett stort inflytande på utvecklingen av allmän biologi och bidragit till rymdmedicinens framgång när det gäller att lösa problemen med att stödja mänskliga rymdflygningar.