Сообщение на тему роль биологии в космосе. Презентация на тему "роль биологии в космических исследованиях"

Наука биология включает в себя массу разных разделов, больших и малых дочерних наук. И каждая из них имеет важное значение не только в жизни человека, но и для всей планеты в целом.

Второе столетие подряд люди пытаются изучать не только земное разнообразие жизни во всех ее проявлениях, но и узнать, есть ли жизнь за пределами планеты, в космических просторах. Этим вопросам занимается особая наука - космическая биология. О ней и пойдет речь в нашем обзоре.

Раздел

Данная наука относительно молодая, но очень интенсивно развивающаяся. Основными аспектами изучения являются:

1. Факторы космического пространства и их влияние на организмы живых существ, жизнедеятельность всех живых систем в условиях космоса или летательных аппаратов.
2. Развитие жизни на нашей планете при участии космоса, эволюция живых систем и вероятность существования биомассы вне пределов нашей планеты.
3. Возможности построения замкнутых систем и создания в них настоящих жизненных условий для комфортного развития и роста организмов в космическом пространстве.

Космическая медицина и биология являются тесно связанными друг с другом науками, совместно изучающими вопросы физиологического состояния живых существ в космосе, их распространенности в межпланетных просторах и эволюции.

Благодаря исследованиям этих наук стало возможным подбирать оптимальные условия для нахождения людей в космосе, причем не нанося при этом никакого вреда здоровью. Собран огромный материал по наличию жизни в космосе, возможностям растений и животных (одноклеточных, многоклеточных) жить и развиваться в невесомости.

История развития науки

Корни космической биологии уходят еще в древнее время, когда философы и мыслители - естествоиспытатели Аристотель, Гераклит, Платон и другие - наблюдали за звездным небом, пытаясь выявить взаимосвязь Луны и Солнца с Землей, понять причины их влияния на сельскохозяйственные угодья и животных.

Позже, в средние века, начались попытки определения формы Земли и объяснения ее вращения. Долгое время на слуху была теория, созданная Птолемеем. Она говорила о том, что Земля - это а все остальные планеты и небесные тела движутся вокруг нее

Однако нашелся другой ученый, поляк Николай Коперник, который доказал ошибочность этих утверждений и предложил свою, гелиоцентрическую систему строения мира: в центре - Солнце, а все планеты движутся вокруг. При этом Солнце - тоже звезда. Его взгляды поддерживали последователи Джордано Бруно, Ньютон, Кеплер, Галилей.

Однако именно космическая биология как наука появилась много позже. Только в XX веке русский ученый Константин Эдуардович Циолковский разработал систему, позволяющую людям проникать в космические глубины и потихоньку их изучать. Его по праву считают отцом этой науки. Также большую роль в развитии космобиологии сыграли открытия в физике и астрофизике, квантовой химии и механике Эйнштейна, Бора, Планка, Ландау, Ферми, Капицы, Боголюбова и других.

Новые научные исследования, позволившие людям совершить-таки давно планируемые вылеты в космос, позволили выделить конкретные медицинские и биологические обоснования безопасности и влияния внепланетных условий, которые сформулировал Циолковский. В чем была их суть?

1. Ученым было дано теоретическое обоснование влияния невесомости на организмы млекопитающих.
2. Он смоделировал несколько вариантов создания условий космоса в лаборатории.
3. Предложил варианты получения космонавтами пищи и воды при помощи растений и круговорота веществ.

Таким образом, именно Циолковским были заложены все основные постулаты космонавтики, которые не потеряли своей актуальности и сегодня.

Невесомость

Современные биологические исследования в области изучения влияния динамических факторов на организм человека в условиях космоса позволяют по максимуму избавлять космонавтов от негативного влияния этих самых факторов.

Выделяют три главные динамические характеристики:

• вибрация;
• ускорение;
• невесомость.

Самой необычной и важной по действию на организм человека является именно невесомость. Это состояние, при котором исчезает сила гравитации и она не заменяется другими инерционными воздействиями. При этом человек полностью теряет способность контролировать положение тела в пространстве. Такое состояние начинается уже в нижних слоях космоса и сохраняется во всем его пространстве.

Медико-биологические исследования показали, что в состоянии невесомости в организме человека происходят следующие изменения:

1. Учащается сердцебиение.
2. Расслабляются мышцы (уходит тонус).
3. Снижается работоспособность.
4. Возможны пространственные галлюцинации.

Человек в невесомости способен находиться до 86 дней без вреда для здоровья. Это было доказано опытным путем и подтверждено с медицинской точки зрения. Однако одной из задач космической биологии и медицины на сегодня является разработка комплекса мер по предотвращению влияния невесомости на организм человека вообще, устранению утомляемости, повышению и закреплению нормальной работоспособности.

Существует ряд условий, которые соблюдают космонавты для преодоления невесомости и сохранения контроля над телом:

Для того чтобы добиться хороших результатов в преодолении невесомости, космонавты проходят тщательную подготовку на Земле. Но, к сожалению, пока современные не позволяют создать в лаборатории подобные условия. На нашей планете преодолеть силу тяжести не представляется возможным. Это также одна из задач на будущее для космической и медицинской биологии.

Перегрузки в космосе (ускорения)

Еще одним немаловажным фактором, воздействующим на организм человека, находящегося в космосе, являются ускорения, или перегрузки. Суть этих факторов сводится к неравномерному перераспределению нагрузки на тело при сильных скоростных движениях в пространстве. Выделяют два основных типа ускорения:

• кратковременное;
• длительное.

Как показывают медико-биологические исследования, и то и другое ускорение имеет очень важное значение в оказании влияния на физиологическое состояние организма космонавта.

Так, например, при действии кратковременных ускорений (они длятся менее 1 секунды) могут произойти необратимые изменения в организме на молекулярном уровне. Также, если органы не тренированы, достаточно слабы, есть риск разрыва их оболочек. Такие воздействия могут осуществляться при отделении капсулы с космонавтом в космосе, при катапультировании его или при посадках корабля на орбитах.

Поэтому очень важно, чтобы космонавты прошли тщательное медицинское обследование и определенную физическую подготовку перед полетом в космос.

Длительно действующее ускорение возникает при запуске и посадке ракеты, а также во время полета в некоторых пространственных местах космоса. Действие таких ускорений на организм по данным, которые предоставляют научные медицинские исследования, следующее:

• учащается сердцебиение и пульс;
• учащается дыхание;
• наблюдается возникновение тошноты и слабости, бледность кожи;
• страдает зрение, перед глазами появляется красная или черная пленка;
• возможно ощущение боли в суставах, конечностях;
• тонус мышечной ткани падает;
• нервно-гуморальная регуляция меняется;
• становится иным газообмен в легких и в организме в целом;
• возможно появление потливости.

Перегрузки и невесомость заставляют ученых-медиков придумывать различные способы. позволяющие приспособить, натренировать космонавтов, чтобы они могли выдерживать действие этих факторов без последствий для здоровья и без потери работоспособности.

Один из самых эффективных способов тренировки космонавтов на ускорения - это аппарат центрифуга. Именно в нем можно пронаблюдать все изменения, которые происходят в организме при действии перегрузок. Также он позволяет натренироваться и приспособиться к влиянию этого фактора.

Полет в космос и медицина

Полеты в космос, безусловно, оказывают очень большое влияние на состояние здоровья людей, особенно нетренированных или имеющих хронические заболевания. Поэтому важным аспектом являются медицинские исследования всех тонкостей полета, всех реакций организма на самые разнообразные и невероятные воздействия внепланетных сил.

Полет в невесомости заставляет современную медицину и биологию придумывать и формулировать (вместе с тем и осуществлять, конечно) комплекс мер по обеспечению космонавтам нормального питания, отдыха, снабжения кислородом, сохранения работоспособности и так далее.

Кроме того, медицина призвана обеспечить космонавтам достойную помощь в случае непредвиденных, аварийных ситуаций, а также защиту от воздействий неизвестных сил других планет и пространств. Это достаточно сложно, требует много времени и сил, большой теоретической базы, использования только новейшего современного оборудования и препаратов.

Кроме того, медицина наравне с физикой и биологией имеет своей задачей защитить космонавтов от физических факторов условий космоса, таких как:

• температура;
• радиация;
• давление;
• метеориты.

Поэтому исследование всех этих факторов и особенностей имеет очень важное значение.

в биологии

Космическая биология, как и любая другая биологическая наука, обладает определенным набором методов, позволяющих проводить исследования, накапливать теоретический материал и подтверждать его практическими выводами. Эти методы с течением времени не остаются неизменными, подвергаются обновлениям и модернизации в соответствии с текущим временем. Однако исторически сложившиеся методы биологии все равно остаются актуальными и по сей день. К ним относятся:

1. Наблюдение.
2. Эксперимент.
3. Исторический анализ.
4. Описание.
5. Сравнение.

Эти методы биологических исследований базовые, актуальные в любые времена. Но существует ряд других, которые возникли с развитием науки и техники, электронной физики и молекулярной биологии. Именно они называются современными и играют наибольшую роль в изучении всех биолого-химических, медицинских и физиологических процессах.

Современные методы

1. Методы генной инженерии и биоинформатики. Сюда относится агробактериальная и баллистическая трансформация, ПЦР (полимеразные цепные реакции). Роль биологических исследований такого плана велика, поскольку именно они позволяют найти варианты решения проблемы питания и насыщения кислородом и кабин для комфортного состояния космонавтов.
2. Методы белковой химии и гистохимии . Позволяют управлять белками и ферментами в живых системах.
3. Использование флуоресцентной микроскопии , сверхразрешающей микроскопии.
4. Использование молекулярной биологии и биохимии и их методов исследования.
5. Биотелеметрия - метод, который является результатом сочетания работы инженеров и медиков на биологической основе. Он позволяет контролировать все физиологически важные функции работы организма на расстоянии при помощи радиоканалов связи тела человека и компьютером-регистратором. Космическая биология использует этот метод как основной для отслеживания воздействий условий космоса на организмы космонавтов.
6. Биологическая индикация межпланетного пространства . Очень важный метод космической биологии, позволяющий оценивать межпланетные состояния среды, получать сведения о характеристиках разных планет. Основу здесь составляет применение животных со встроенными датчиками. Именно подопытные животные (мыши, собаки, обезьяны) добывают информацию с орбит, которая используется земными учеными для анализа и выводов.

Современные методы биологических исследований позволяют решать передовые задачи не только космической биологии, но и общечеловеческие.

Проблемы космической биологии

Все перечисленные методы медико-биологических исследований, к сожалению, не смогли пока решить все проблемы космической биологии. Существует ряд злободневных вопросов, которые остаются насущными и по сей день. Рассмотрим основные проблемы, с которыми сталкивается космическая медицина и биология.

1. Подбор подготовленного персонала для полета в космос, состояние здоровья которого смогло бы удовлетворять всем требованиям медиков (в том числе позволило бы космонавтам выдерживать жесткую подготовку и тренировки для полетов).
2. Достойный уровень подготовки и снабжения всем необходимым рабочих космических экипажей.
3. Обеспечение безопасности по всем параметрам (в том числе и от неизведанных или инородных факторов воздействия с других планет) рабочим кораблям и авиаконструкциям.
4. Психофизиологическая реабилитация космонавтов при возвращении на Землю.
5. Разработка способов защиты космонавтов и от
6. Обеспечение нормальных жизненных условий в кабинах при полетах в космос.
7. Разработка и применение модернизированных компьютерных технологий в космической медицине.
8. Внедрение космической телемедицины и биотехнологии. Использование методов этих наук.
9. Решение медицинских и биологических проблем для комфортных полетов космонавтов на Марс и другие планеты.
10. Синтез фармакологических средств, которые позволят решить проблему оснащенности кислородом в космосе.

Развитые, усовершенствованные и комплексные в применении методы медико-биологических исследований обязательно позволят решить все поставленные задачи и существующие проблемы. Однако когда это будет - вопрос сложный и довольно непредсказуемый.

Следует отметить, что решением всех этих вопросов занимаются не только ученые России, но и ученый совет всех стран мира. И это большой плюс. Ведь совместные исследования и поиски дадут несоизмеримо больший и быстрый положительный результат. Тесное мировое сотрудничество в решении космических проблем - залог успеха в освоении внепланетного пространства.

Современные достижения

Таких достижений немало. Ведь ежедневно проводится интенсивная работа, тщательная и кропотливая, которая позволяет находить все новые и новые материалы, делать выводы и формулировать гипотезы.

Одним из главнейших открытий XXI века в космологии стало обнаружение воды на Марсе. Это сразу же дало повод к рождению десятков гипотез о наличии или отсутствии жизни на планете, о возможности переселения землян на Марс и так далее.

Еще одним открытием стало то, что учеными были определены возрастные рамки, в пределах которых человек максимально комфортно и без тяжелых последствий может находиться в космосе. Данный возраст начинается от 45 лет и заканчивается примерно 55-60 годами. Молодые люди, отправляющиеся в космос, чрезвычайно сильно страдают психологически и физиологически по возвращении на Землю, тяжело адаптируются и перестраиваются.

Была обнаружена вода и на Луне (2009 г.). Также на спутнике Земли были найдены ртуть и большое количество серебра.

Методы биологических исследований, а также инженерно-физические показатели позволяют с уверенностью сделать вывод о безвредности (по крайней мере, не большей вредности, чем на Земле) воздействия ионной радиации и облучения в космосе.

Научные исследования доказали, что длительное пребывание в космосе не налагает отпечаток на состояние физического здоровья космонавтов. Однако проблемы остаются в психологическом плане.

Были проведены исследования, доказывающие, что высшие растения по-разному реагируют на нахождение в космических просторах. Семена одних растений при исследовании не проявили никаких генетических изменений. Другие же, наоборот, показали явные деформации на молекулярном уровне.

Опыты, проведенные на клетках и тканях живых организмов (млекопитающих) доказали, что космос не влияет на нормальное состояние и функционирование данных органов.

Различные виды медицинских исследований (томография, МРТ, анализы крови и мочи, кардиограмма, компьютерная томография и так далее) позволили сделать вывод о том, что физиологические, биохимические, морфологические характеристики клеток человека остаются неизменными при пребывании в космосе до 86 дней.

В лабораторных условиях была воссоздана искусственная система, позволяющая максимально приблизиться к состоянию невесомости и таким образом изучить все аспекты влияния этого состояния на организм. Это позволило, в свою очередь, разработать ряд профилактических мер по предотвращению воздействия этого фактора при полете человека в невесомости.

Результатами экзобиологии стали данные, свидетельствующие о наличии органических систем вне биосферы Земли. Пока стало возможным только теоретическое формулирование этих предположений, однако в скором времени ученые планируют добыть и практические доказательства.

Благодаря исследованиям биологов, физиков, медиков, экологов и химиков были выявлены глубокие механизмы воздействия людей на биосферу. Добиться этого стало возможным путем создания искусственных экосистем вне планеты и оказания на них такого же влияния, как и на Земле.

Это не все достижения космической биологии, космологии и медицины на сегодняшний день, а только основные. Существует большой потенциал, реализация которого и есть задача перечисленных наук на будущее.

Жизнь в космосе

По современным представлениям жизнь в космосе может существовать, так как последние открытия подтверждают наличие на некоторых планетах подходящих условий для возникновения и развития жизни. Однако мнения ученых в этом вопросе делятся на две категории:

• жизни нет нигде, кроме Земли, никогда не было и не будет;
• жизнь есть в необъятных просторах космического пространства, но люди еще не обнаружили ее.

Какая из гипотез верная - решать каждому лично. Доказательств и опровержений и для одной, и для другой достаточно.

ГОУ лицей № 000

Калининского района г. Санкт-Петербурга

Исследовательская работа

Медико-биологические исследования в космосе

Гуршевым Олегом

Руководитель: учитель биологии

Санкт- Петербург, 2011 г.

Введение 2

Начало медико-биологических исследований в середине XX века. 3

Воздействие космического полёта на организм человека. 6

Экзобиология. 10

Перспективы развития исследований. 14

Список использованных источников. 17

Приложение (презентация, эксперименты) 18

Введение

Космическая биология и медицина - комплексная наука, изучающая особенности жизнедеятельности человека и других организмов в условиях космического полета. Основной задачей исследований в области космической биологии и медицины является разработка средств и методов жизнеобеспечения, сохранения здоровья и работоспособности членов экипажей космических кораблей и станций в полетах различной продолжительности и степени сложности. Космическая биология и медицина неразрывно связана с космонавтикой, астрономией , астрофизикой, геофизикой, биологией, авиационной медициной и многими другими науками.

Актуальность темы довольно большая в наш современный и стремительный XXI век.

Тема «Медико-биологический исследований» меня интересовала последних года два, с тех пор, как я определился в выборе профессии поэтому я решил сделать исследовательскую работу на эту тему.

2011 год является юбилейным – 50 лет со дня первого человеческого полета в космос.

Начало Медико-биологических исследований в середине XX века

Отправными в становлении космической биологии и медицины считаются следующие вехи: 1949 г. - впервые появилась возможность проведения биологических исследований при полетах ракет; 1957 г. - впервые живое существо (собаку Лайку) отправили в околоземный орбитальный полет на втором искусственном спутнике Земли; 1961 г. - первый пилотируемый полет в космос, совершенный. С целью научного обоснования возможности безопасного в медицинском отношении полета человека в космос исследовалась переносимость воздействий, характерных для старта, орбитального полета, спуска и посадки на Землю космических летательных аппаратов (КЛА), а также испытывалась работа биотелеметрической аппаратуры и систем обеспечения жизнедеятельности космонавтов. Основное внимание уделялось изучению влияния на организм невесомости и космического излучения.

Лайка (собака-космонавт) 1957 г.

Р езультаты, полученные при проведении биологических экспериментов на ракетах, втором искусственном спутнике (1957 г.), вращаемых космических кораблях-спутниках (1960-1961 гг.), в совокупности с данными наземных клинических, физиологических, психологических, гигиенических и других исследований фактически открыли путь человеку в космос. Кроме этого, биологические эксперименты в космосе на этапе подготовки первого космического полета человека позволили выявить ряд функциональных изменений, возникающих в организме при действии факторов полета, что явилось основанием для планирования последующих экспериментов на животных и растительных организмах в полетах пилотируемых космических кораблей, орбитальных станций и биоспутников. Первый в мире биологический спутник с подопытным животным - собакой «Лайкой». Выведен на орбиту 03.11.1957 г. И находился там 5 месяцев. Спутник просуществовал на орбите до 14.04.1958 г. На спутнике имелось два радиопередатчика, телеметрическая система, программное устройство, научные приборы для исследования излучения Солнца и космических лучей, системы регенерации и терморегулирования для поддержания в кабине условий, необходимых для существования животного. Получены первые научные сведения о состоянии живого организма в условиях космического полёта.

Достижения в области космической биологии и медицины во многом предопределили успехи в развитии пилотируемой космонавтики. Наряду с полетом , совершенном 12 апреля 1961 г., следует отметить такие эпохальные события в истории космонавтики, как высадку 21 июля 1969 г. астронавтов Армстронга (N. Armstrong) и Олдрина (Е. Aldrin) на поверхность Луны и многомесячные (до года) полеты экипажей на орбитальных станциях «Салют» и «Мир». Это стало возможным благодаря разработке теоретических основ космической биологии и медицины, методологии проведения медико-биологических исследований в космических полетах, обоснованию и внедрению методов отбора и предполетной подготовки космонавтов, а также разработке средств жизнеобеспечения, медицинского контроля, сохранения здоровья и работоспособности членов экипажа в полете.

Команда Апполо 11 (слева на право): Neil. A. Armstrong, Command Module Pilot Michael Collins, Commander Edwin (Buzz) E. Aldrin.

Воздействие космического полёта на организм человека

В космическом полете на организм человека воздействует комплекс факторов, связанных с динамикой полета (ускорения, вибрация, шум, невесомость), пребыванием в герметичном помещении ограниченного объема (измененная газовая среда, гипокинезия, нервно-эмоциональное напряжение и т. д.), а также факторы космического пространства как среды обитания (космическое излучение, ультрафиолетовое излучение и др.).

В начале и конце космического полета на организм оказывают влияние линейные ускорения . Их величины, градиент нарастания, время и направление действия в период запуска и выведения КЛА на околоземную орбиту зависят от особенностей ракетно-космического комплекса, а в период возвращения на Землю - от баллистических характеристик полета и типа КЛА. Выполнение маневров на орбите также сопровождается воздействием ускорений на организм, однако их величины при полетах современных КЛА незначительны.

Старт космического корабля «Союз ТМА-18» к Международной космической станции с космодрома Байконур

Основные сведения о влиянии ускорений на организм человека и способах защиты от их неблагоприятного действия были получены при исследованиях в области авиационной медицины, космическая биология и медицина лишь дополнили эти сведения. Было установлено, что пребывание в условиях невесомости, особенно длительное время, приводит к снижению устойчивости организма к действию ускорений. В связи с этим за несколько суток до спуска с орбиты космонавты переходят на специальный режим физических тренировок, а непосредственно перед спуском получают водно-солевые добавки для увеличения степени гидратации организма и объема циркулирующей крови. Разработаны специальные кресла - ложементы и противоперегрузочные костюмы, что обеспечивает повышение переносимости ускорений при возвращении космонавтов на Землю.

Среди всех факторов космического полета постоянным и практически невоспроизводимым в лабораторных условиях является невесомость. Влияние ее на организм многообразно. Возникают как неспецифические адаптационные реакции, характерные для хронического стресса, так и разнообразные специфические изменения, обусловленные нарушением взаимодействия сенсорных систем организма, перераспределением крови в верхнюю половину тела, уменьшением динамических и практически полным снятием статических нагрузок на опорно-двигательный аппарат.

МКС лето 2008 г.

Обследования космонавтов и многочисленные эксперименты на животных в полетах биоспутников «Космос» позволили установить, что ведущая роль в возникновении специфических реакций, объединяемых в симптомокомплекс космической формы болезни движения (укачивание), принадлежит вестибулярному аппарату. Это связано с повышением в условиях невесомости возбудимости рецепторов отолитов и полукружных каналов и нарушением взаимодействия вестибулярного анализатора и других сенсорных систем организма. В условиях невесомости у человека и животных обнаруживаются признаки детренированности сердечно-сосудистой системы, увеличение объема крови в сосудах грудной клетки, застойные явления в печени и почках, изменение мозгового кровообращения, уменьшение объема плазмы. В связи с тем, что в условиях невесомости изменяются секреция антидиуретического гормона, альдостерона и функциональное состояние почек, развивается гипогидратация организма. При этом уменьшается содержание внеклеточной жидкости и увеличивается выведение из организма солей кальция, фосфора, азота , натрия, калия и магния. Изменения в опорно-двигательном аппарате возникают преимущественно в тех отделах, которые в обычных условиях жизнедеятельности на Земле несут наибольшую статическую нагрузку, т. е. мышцах спины и нижних конечностей, в костях нижних конечностей и позвонках. Отмечаются снижение их функциональных возможностей, замедление скорости периостального костеобразования, остеопороз губчатого вещества, декальцинация и другие изменения, которые приводят к снижению механической прочности костей.

В начальный период адаптации к невесомости (занимает в среднем около 7 сут.) примерно у каждого второго космонавта возникают головокружение, тошнота, дискоординация движений, нарушение восприятия положения тела в пространстве, ощущение прилива крови к голове, затруднение носового дыхания, ухудшение аппетита. В ряде случаев это приводит к снижению общей работоспособности, что затрудняет выполнение профессиональных обязанностей. Уже на начальном этапе полета появляются начальные признаки изменений в мышцах и костях конечностей.

По мере увеличения продолжительности пребывания в условиях невесомости многие неприятные ощущения исчезают или сглаживаются. Одновременно с этим практически у всех космонавтов, если не принять должных мер, прогрессируют изменения состояния сердечно-сосудистой системы, обмена веществ, мышечной и костной ткани. Для предупреждения неблагоприятных сдвигов используется широкий комплекс профилактических мер и средств: вакуумная емкость, велоэргометр, бегущая дорожка, тренировочно-нагрузочные костюмы, электромиостимулятор, тренировочные эспандеры, прием солевых добавок и т. д. Это позволяет поддерживать хорошее состояние здоровья и высокий уровень работоспособности членов экипажей в длительных космических полетах.

Неизбежным сопутствующим фактором любого космического полета является гипокинезия - ограничение двигательной активности, которая, несмотря на интенсивные физические тренировки во время полета, приводит в условиях невесомости к общей детренированности и астенизации организма. Многочисленные исследования показали, что длительная гипокинезия, создаваемая пребыванием в постели с наклоном головного конца (-6°), оказывает на организм человека практически такое же влияние, как и длительная невесомость. Этот способ моделирования в лабораторных условиях некоторых физиологических эффектов невесомости широко использовалось в СССР и США. Максимальная длительность такого модельного эксперимента, проведенного в Институте медико-биологических проблем МЗ СССР, составила один год.

Специфической проблемой является исследование воздействия на организм космических излучений. Дозиметрические и радиобиологические эксперименты позволили создать и внедрить в практику систему обеспечения радиационной безопасности космических полетов, которая включает средства дозиметрического контроля и локальной защиты, радиозащитные препараты (радиопротекторы).

Орбитальная станция «МИР»

В задачи космической биологии и медицины входит изучение биологических принципов и методов создания искусственной среды обитания на космических кораблях и станциях. Для этого отбирают живые организмы, перспективные для включения их в качестве звеньев в замкнутую экологическую систему, исследуют продуктивность и устойчивость популяций этих организмов, моделируют экспериментальные единые системы живых и неживых компонентов - биогеоценозы, определяют их функциональные характеристики и возможности практического использования в космических полетах.

Успешно развивается и такое направление космической биологии и медицины, как экзобиология, изучающая наличие, распространение, особенности и эволюцию живой материи во Вселенной. На основании наземных модельных экспериментов и исследований в космосе получены данные, свидетельствующие о теоретической возможности существования органической материи за пределами биосферы . Проводится также программа поиска внеземных цивилизаций путем регистрации и анализа радиосигналов, идущих из космоса.

«Союз ТМА-6»

Экзобиология

Одно из направлений космической биологии; занимается поисками живой материи и органических веществ в космосе и на других планетах. Основная цель экзобиологии состоит в получении прямых или косвенных данных о существовании жизни в космосе. Основанием для этого служат находки предшественников сложных органических молекул (синильной кислоты, формальдегида и др.), которые обнаружены в космическом пространстве спектроскопическими методами (всего найдено до 20 органических соединений). Методы экзобиологии различны и рассчитаны не только на обнаружение инопланетных проявлений жизни, но и на получение некоторых характеристик возможных внеземных организмов. Для предположения о существовании жизни во внеземных условиях, например, на других планетах Солнечной системы, важно выяснить способность выживания организмов при экспериментальном воспроизведении этих условий. Многие микроорганизмы могут существовать при близких к абсолютному нулю и высоких (до 80-95 °С) температуpax; их споры выдерживают глубокий вакуум и длит, высушивание. Они переносят гораздо большие дозы ионизирующего излучения, чем в космическом пространстве. Внеземные организмы, вероятно, должны обладать более высокой приспособляемостью к жизни в среде, содержащей малое количество воды. Анаэробные условия не служат препятствием для развития жизни, поэтому теоретически можно предположить существование в космосе самых различных по свойствам микроорганизмов, которые могли адаптироваться к необычным условиям, вырабатывая различные защитные приспособления. Эксперименты, осуществлённые в СССР и США, не дали доказательств существования жизни на Марсе, нет жизни на Венере и Меркурии, маловероятна она и на планетах-гигантах, а также их спутниках. В Солнечной системе жизнь есть, вероятно, лишь на Земле. Согласно одним представлениям, жизнь вне Земли возможна только на водно-углеродной основе, свойственной нашей планете. Другая точка зрения не исключает и кремниевоаммиачной основы, однако человечество пока не владеет методами обнаружения внеземных форм жизни.

«Викинг»

Программа «Викинг»

Программа «Викинг» - космическая программа НАСА по изучению Марса, в частности, на предмет наличия жизни на этой планете. Программа включала запуск двух идентичных космических аппаратов - «Викинг-1» и «Викинг-2», которые должны были провести исследования на орбите и на поверхности Марса. Программа «Викинг» была кульминацией серии миссий по изучению Марса начало которым положил в 1964 г. «Маринер-4», продолжены «Маринер-6» и «Маринер-7», пролетевших в 1969, и орбитальными миссиями «Маринер-9» в 1971 и 1972 гг. «Викинги» заняли место в истории освоения Марса как первые, благополучно севшие на поверхность, американские космические аппараты. Это была одна из наиболее информативных и успешных миссий на красную планету, хотя ей и не удалось обнаружить жизнь на Марсе.

Оба аппарата были запущены в 1975 г. с мыса Канаверал, штат Флорида. Перед полётом спускаемые аппараты были тщательно стерилизованы для предотвращения заражения Марса земными формами жизни. Время полета заняло немногим меньше года и к Марсу прибыли в 1976 г. Продолжительность миссий «Викинг» планировалась в 90 дней после приземления, но каждый аппарат проработал значительно больше этого срока. Орбитальный аппарат «Викинг-1» проработал до 7 августа 1980 г., спускаемый аппарат - до 11 ноября 1982 г. Орбитальный аппарат «Викинг-2» функционировал до 25 июля 1978 г., спускаемый аппарат - до 11 апреля 1980 г.

Заснеженная пустыня на Марсе. Снимок «Викинга-2»

Программа «БИОН»

Программа «БИОН» включает в себя комплексные исследования на животных и растительных организмах в полетах специализированных спутников (биоспутников) в интересах космической биологии, медицины и биотехнологии. С 1973 по 1996 г. запущено в космос 11 биоспутников.

Ведущее научное учреждение: ГНЦ РФ - Институт медико-биологически проблем РАН (г. Москва)
Конструкторское бюро: ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс» (г. Самара)
Длительность полетов: от 5 до 22,5 сут.
Место запуска: космодром Плесецк
Район приземления: Казахстан
Страны-участницы: СССР, Россия, Болгария, Венгрия, Германия, Канада, Китай, Нидерланды, Польша, Румыния, США, Франция, Чехословакия

Исследования на крысах и обезьянах в полетах биоспутников показали, что пребывание в невесомости приводит к существенным, но обратимым функциональным, структурным и метаболическим изменениям в мышцах, костях, миокарде и нейро-сенсорной системе млекопитающих. Описана феноменология и изучен механизм развития этих изменений.

Впервые в полетах биоспутников «БИОН» реализована на практике идея о создании искусственной силы тяжести (ИСТ). В экспериментах на крысах установлено, что ИСТ, создаваемая вращением животных на центрифуге, препятствует развитию неблагоприятных изменений в мышцах, костях и миокарде.

В рамках Федеральной космической программы России на период 2006-2015 гг. в разделе «Космические средства для фундаментальных космических исследований » запланировано продолжение программы «БИОН», запуски космических аппаратов «БИОН-М» намечены на 2010, 2013 и 2016 гг.

«БИОН»

Перспективы развития исследований

Современный этап освоения и изучения космического пространства характеризуется постепенным переходом от длительных орбитальных полетов к межпланетным перелетам, ближайшим из которых видится экспедиция на Марс . В этом случае ситуация меняется коренным образом. Она меняется не только объективно, что связано со значительным увеличением длительности пребывания в космосе, посадкой на другую планету и возвращением на Землю, но и, что очень важно - субъективно, поскольку, покинув уже ставшую привычной земную орбиту, космонавты останутся (в весьма небольшой по численности группе своих коллег) «одинокими» на необъятных просторах Вселенной.

Вместе с тем, возникают принципиально новые проблемы, связанные с резким возрастанием интенсивности космической радиации, необходимостью использования возобновляемых источников кислорода, воды и пищи, и главное, решением психологических и медицинских задач.

DIV_ADBLOCK380">

Трудность управления такой системой в ограниченном герметически замкнутом объеме настолько велика, что не приходится надеяться на ее скорое внедрение в практику. По всей вероятности переход на биологическую систему жизнеобеспечения будет происходить постепенно по мере готовности ее отдельных звеньев. На первом этапе развития БСЖО, очевидно, произойдет замена физико-химического метода получения кислорода и утилизации углекислого газа - на биологический. Как известно, основные «поставщики» кислорода - это высшие растения и фотосинтезирующие одноклеточные организмы. Более сложной задачей является пополнение запасов воды и пищи.

Питьевая вода очевидно еще очень долгое время будет иметь «земное происхождение», а техническая (используемая для хозяйственных нужд) уже сейчас восполняется за счет регенерации конденсата атмосферной влаги (КДА), мочи и других источников.

Безусловно, главный компонент будущей замкнутой экологической системы - растения. Исследования на высших растениях и фотосинтезирующих одноклеточных организмах на борту космических аппаратов показали, что условиях космического полета, растения проходят все стадии развития, начиная с прорастания семян до образования первичных органов, цветения, оплодотворения и созревания нового поколения семян. Таким образом, была экспериментально доказана принципиальная возможность осуществления полного цикла развития растений (от семени до семени) в условиях микрогравитации. Результаты космических экспериментов были настолько обнадеживающими, что позволили уже в начале 80-х годов сделать вывод о том, что разработка систем биологического жизнеобеспечения и создание на этой основе экологически замкнутой системы в ограниченном герметическом объеме является не столь уж сложной задачей. Однако с течением времени стало очевидно, что проблема не может быть решена окончательно, по крайней мере, до тех пор, пока не будут определены (расчетным или экспериментальным путем) основные параметры, позволяющие сбалансировать массо - и энергопотоки этой системы.

Для возобновления запасов пищи необходимо также ввести в систему животных. Разумеется, на первых этапах это должны быть «малогабаритные» представители животного мира - моллюски, рыбы, птицы, а позже, возможно кролики и другие млекопитающие.

Таким образом, космонавтам во время межпланетных перелетов необходимо не только научиться выращивать растения, содержать животных и культивировать микроорганизмы, но и разработать надежный, способ управления «космическим ковчегом». А для этого, сначала надо выяснить, как растет и развивается отдельно взятый организм в условиях космического полета, а затем какие требования предъявляет сообществу каждый отдельно взятый элемент замкнутой экологической системы.

Моей основной задачей в исследовательской работе было выяснить, какой интересный и захватывающий пусть прошли космические исследования и какой долгий путь им ещё предстоит пройти!

Если только себе представить, какое разнообразие всего живого есть на нашей планете, то что можно предположить тогда о космосе…

Вселенная настолько большая и неизвестная, что такой вид исследований жизненно важен для нас, живущих на планете Земля. А мы ведь только в самом начале пути и нам предстоит столько всего познать и увидеть!

На протяжении всего того времени, когда я делал эту работу, узнал столько всего интересного, о чем никогда не подозревал, узнал прекрасных исследователей как Карл Саган, узнал о интереснейших космических программах, проведенных в XX веке, как США, так и в СССР, узнал много о современных программах, как «БИОН», и много всего другого.

Исследования продолжаются…

Список использованных источников

Большая Детская Энциклопедия Вселенная: Научно-популярное издание. - Русское энциклопедическое товарищество, 1999. Сайт http://spacembi. *****/ Большая энциклопедия Вселенная. - М. : Изд-во «Астрель», 1999.

4. Энциклопедия Вселенная (“РОСМЭН”)

5. Сайт Wikipedia (картинки)

6.Космос на рубеже тысячелетий. Документы и материалы. М., Международные отношения (2000г.)

Приложение.

“Марссоперенос”

"Маpссоперенос" Отработка одного из звеньев будущей биолого-технической системы жизнеобеспечения космонавтов.

Цель: Получение новых данных о процессах газо-жидкостного обеспечения в корнеобитаемых средах в условиях космического полета

Задачи: Экспериментальное определение коэффициентов капиллярной диффузии влаги и газов

Ожидаемые результаты: Создание установки с корнеобитаемой средой для выращивания растений применительно к условиям микрогравитации

· Комплект "Кювета экспериментальная" для определения характеристик влагопереноса (скорости перемещения фронта пропитки и влагосодержания в отдельных зонах)

Видеокомплекс LIV для видеосъемки движения фронта пропитки

Цель: Использование новых компьютерных технологий для повышения комфортности пребывания космонавта в условиях длительного космического полета.

Задачи: Активизация конкретных областей мозга, ответственных за зрительные ассоциации космонавта, связанные с родными местами и семьей на Земле с дальнейшим повышением его работоспособности. Анализ состояния космонавта на орбите путем тестирования по специальным методикам.

Используемая научная аппаратура:

Блок EGE2 (индивидуальный жесткий диск космонавта с альбомом фотографий и опросником)

"VEST" Получение данных для разработки мер профилактики неблагоприятного воздействия условий полета на здоровье и работоспособность экипажа МКС.

Цель: Оценка новой интегрированной системы одежды из различных типов материалов для использования в условиях космического полета.

Задачи:

ношение одежды "VEST", специально разработанной для полета итальянского космонавта Р. Виттори на РС МКС; получение отзыва космонавта в отношении психологического и физиологического самочувствия, то есть комфортности (удобства), носкости одежды; ее эстетики; эффективности теплоустойчивости и физической гигиены на борту станции.

Ожидаемые результаты: Подтверждение функциональности новой интегрированной системы одежды "VEST", в том числе её эргономических показателей в условиях космического полета, что позволит уменьшить массу и объем одежды, планируемой к использованию в долгосрочных космических полетах на МКС.

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

Слайд 4

Описание слайда:

Слайд 5

Описание слайда:

Слайд 6

Описание слайда:

Важными для дальнейшего развития экофизиологического направления исследований явились эксперименты на советском биоспутнике "Космос-110" с двумя собаками на борту и на американском биоспутнике "Биос-3", на борту которого находилась обезьяна. Во время 22-суточного полёта собаки впервые подвергались не только влиянию неизбежно присущих факторов, но и ряду специальных воздействий (раздражение синусного нерва электрическим током, пережатие сонных артерий и т. д.), имевших целью выяснить особенности нервной регуляции кровообращения в условиях невесомости. Кровяное давление у животных регистрировалось прямым путём. Во время полёта обезьяны на биоспутнике " Биос-3", продолжавшегося 8,5 суток, были обнаружены серьёзные изменения циклов сна и бодрствования (фрагментация состояний сознания, быстрые переходы от сонливости к бодрствованию, заметное сокращение фаз сна, связанных со сновидениями и глубокой дремотой), а также нарушение суточной ритмики некоторых физиологических процессов. Последовавшая вскоре после досрочного окончания полёта смерть животного была, по мнению ряда специалистов, обусловлена влиянием невесомости, которая привела к перераспределению крови в организме, потере жидкости и нарушению обмена калия и натрия.

Слайд 7

Описание слайда:

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Исследования по космической биологии позволили разработать ряд защитных мероприятий и подготовили возможность безопасного полёта в космос человека, что и было осуществлено полётами советских, а затем и американских кораблей с людьми на борту. Значение космической биологии этим не исчерпывается. Исследования в этой области будут и впредь особенно нужны для решения ряда вопросов, в частности для биологической разведки новых космических трасс. Это потребует разработки новых методов биотелеметрии (способ дистанционного исследования биологических явлений и измерения биологических показателей), создания вживляемых устройств для малой телеметрии (совокупность технологий, позволяющая производить удалённые измерения и сбор информации для предоставления оператору или пользователю), превращения различных видов возникающей в организме энергии в необходимую для питания таких устройств электрическую энергию, новых методов "сжатия" информации и др. Чрезвычайно важную роль космическая биология сыграет и в разработке необходимых для длительных полётов биокомплексов, или замкнутых экологических систем с автотрофными и гетеротрофными организмами.

Космическая биология - это отрасль биологии, изучающая особенности существования живых организмов во внеземных условиях, воздействие на них космических факторов, а также возможность существования жизни на других планетах.

Возникновение и развитие космической биологии связано с успехами современной науки и ракетной техники, позволившими осуществить полеты за пределы земной атмосферы.

Космическая биология разрабатывает методы исследования и средства обеспечения жизнедеятельности человека и животных в условиях космического полета, когда на живой организм могут одновременно воздействовать различные факторы. В первую очередь это ионизирующая радиация (см. Космическое излучение), ускорения и невесомость, а также длительная изоляция в условиях ограничения двигательной активности, искусственная атмосфера, некоторые особенности питания и др. Действие этих факторов на человека, животных и растения изучается в лабораторных условиях, имитирующих отдельные факторы космического полета, или в полетах на искусственных спутниках Земли и космических кораблях, управляемых непосредственно человеком.

При решении проблемы существования жизни на других планетах проводится изучение природных условий этих планет, анализ состава метеоритов в сопоставлении с формами проявления жизни на Земле в различных климатических условиях (Арктика, Антарктика, горы, пустыни и др.).

В качестве объектов исследования используют животных (обезьян, собак, мышей, морских свинок), насекомых (мух дрозофил и др.), растения (одноклеточные водоросли - ; семена пшеницы, гороха, лука и др.).

Исследования животных, совершивших полеты на различных летательных аппаратах (в том числе и на ракетах), дали научные доказательства возможности полетов людей в космическое пространство.

В процессе медико-биологических исследований изучают функциональные системы организма (сердечно-сосудистую, дыхательную, пищеварительную и др.), характеризующие его общее состояние, пределы переносимости воздействия вредных факторов; проводят изучение защитных функций организма, биохимические исследования крови, мочи, состояние кроветворных функций цитологическими и гистологическими методами. На растениях и дрозофилах проводят генетические исследования процессов передачи наследственных признаков, и роста при воздействии факторов космического полета.

В исследованиях по космической биологии широко применяются современные методы и аппаратура. Так, для изучения и контроля за состоянием различных функциональных систем используется электрофизиологическая аппаратура (электроэнцефалографы, электрокардиографы, миографы и др.); для измерения физических и физиологических параметров, характеризующих состояние объекта исследования и условий его обитания непосредственно в полете,- телеметрические методы, телевидение, позволяющее наблюдать за объектом на расстоянии, счетно-решающие машины, дающие возможность своевременно и точно обрабатывать информацию, необходимую для контроля за состоянием живого объекта, находящегося в кабине космического корабля.

Полученные данные о действии отдельных факторов космического полета на живые организмы дали возможность разработать защитные мероприятия по безопасности полетов человека в космосе - герметические кабины, средства защиты от ионизирующей радиации и др. (см. Космическая медицина).

Большой и очень сложной проблемой космической биологии является разработка средств обеспечения нормальной жизнедеятельности человека при полете в космос. Выбор соответствующей системы жизнеобеспечения космонавта определяется продолжительностью космического полета. Так, для полета продолжительностью только в несколько суток применяется система жизнеобеспечения, основанная на использовании взятых с Земли запасов пищи, воды и кислорода или высокоэффективных химических соединений, поглощающих и выделяющих кислород.

В длительных космических полетах к другим планетам солнечной системы, когда запасы, взятые с Земли, не смогут обеспечить космонавтов, будут применяться более сложные системы жизнеобеспечения, основанные на биологическом круговороте веществ в кабине корабля. В связи с этим проводят экспериментальные работы по обоснованию принципов и методов обеспечения необходимых условий для жизнедеятельности человека в кабине космического корабля.

Для обеспечения космонавтов воздухом используют физические или физико-химические способы газовой среды кабин, то есть превращения использованного воздуха в воздух, пригодный для дыхания, с незначительной добавкой свежего, нерегенерированного воздуха из запасов, взятых с Земли.

Система обеспечения водой предусматривает восстановление воды из отходов жизнедеятельности человека (выдыхаемый воздух, моча). С помощью перегонки, электроосмоса, очистки ионообменными смолами и т. д. можно получать воду, пригодную для питья.

Для обеспечения космонавтов необходимыми пищевыми веществами создают биологические сообщества: растение - животное - человек. Для этого на корабле могут быть использованы водоросли (например, хлорелла), огородные культуры, зоо- и фитопланктон, домашняя птица, кролики и т. п. Создание подобных систем является необходимым условием обеспечения полета человека на другие планеты солнечной системы.

В целом научные достижения космической биологии оказали большое влияние на развитие общей биологии, способствовали успехам космической медицины в решении задач по обеспечению космических полетов человека.