يتضمن علم الأحياء الكثير من الأقسام المختلفة ، علوم الأطفال الكبيرة والصغيرة. وكل واحد منهم مهم ليس فقط في حياة الإنسان ، ولكن لكوكب الأرض ككل.
للقرن الثاني على التوالي ، يحاول الناس ليس فقط دراسة التنوع الأرضي للحياة في جميع مظاهرها ، ولكن أيضًا لمعرفة ما إذا كانت هناك حياة خارج الكوكب ، في الفضاء الخارجي. يتم التعامل مع هذه القضايا من قبل علم خاص - بيولوجيا الفضاء. سيتم مناقشتها في مراجعتنا.
قسم الأحياء - بيولوجيا الفضاء
هذا العلم حديث السن نسبيًا ، لكنه يتطور بشكل مكثف للغاية. الجوانب الرئيسية للتعلم هي:
- عوامل الفضاء الخارجي وتأثيرها على الكائنات الحية للكائنات الحية ، النشاط الحيوي لجميع الأنظمة الحية في الفضاء أو الطائرات.
- تطور الحياة على كوكبنا بمشاركة الفضاء وتطور النظم الحية واحتمال وجود الكتلة الحيوية خارج كوكبنا.
- إمكانيات بناء أنظمة مغلقة وخلق ظروف معيشية حقيقية فيها مريحةتطور ونمو الكائنات الحية في الفضاء الخارجي.
طب الفضاء وعلم الأحياء من العلوم وثيقة الصلة التي تدرس بشكل مشترك الحالة الفسيولوجية للكائنات الحية في الفضاء ، وانتشارها في الفضاءات بين الكواكب والتطور.
بفضل البحث في هذه العلوم ، أصبح من الممكن تحديد الظروف المثلى للعثور على أشخاص في الفضاء ، ودون التسبب في أي ضرر للصحة. تم جمع مواد ضخمة عن وجود الحياة في الفضاء ، وقدرة النباتات والحيوانات (أحادية الخلية ، متعددة الخلايا) على العيش والتطور في انعدام الوزن.
تاريخ تطور العلم
تعود جذور بيولوجيا الفضاء إلى العصور القديمة ، عندما شاهد الفلاسفة والمفكرون - علماء الطبيعة أرسطو وهيراكليتس وأفلاطون وغيرهم - السماء المرصعة بالنجوم ، في محاولة لتحديد علاقة القمر والشمس بالأرض ، لفهم أسباب تأثيرها على الأراضي الزراعية والحيوانات.
لاحقًا ، في العصور الوسطى ، بدأت المحاولات لتحديد شكل الأرض وشرح دورانها. لفترة طويلة ، كانت هناك نظرية أنشأها بطليموس. تحدثت عن حقيقة أن الأرض هي مركز الكون ، وأن جميع الكواكب والأجرام السماوية الأخرى تتحرك حولها (نظام مركزية الأرض).
ومع ذلك ، كان هناك عالم آخر ، هو القطب نيكولاس كوبرنيكوس ، الذي أثبت مغالطة هذه العبارات واقترح نظامه الخاص به ، وهو نظام مركزية الشمس لهيكل العالم: في المركز توجد الشمس ، وكل الكواكب تتحرك. الشمس هي أيضا نجمة. تم دعم وجهات نظره من قبل أتباع جيوردانوبرونو ، نيوتن ، كبلر ، جاليليو.
ومع ذلك ، ظهرت بيولوجيا الفضاء كعلم بعد ذلك بكثير. فقط في القرن العشرين ، طور العالم الروسي كونستانتين إدواردوفيتش تسيولكوفسكي نظامًا يسمح للناس باختراق أعماق الفضاء ودراستهم ببطء. يعتبر بحق أبو هذا العلم. أيضًا ، لعبت الاكتشافات في الفيزياء والفيزياء الفلكية وكيمياء الكم والميكانيكا لأينشتاين وبوهر وبلانك ولانداو وفيرمي وكابيتزا وبوغوليوبوف وغيرهم دورًا كبيرًا في تطوير علم الأحياء الكوني.
بحث علمي جديد ، سمح للناس بالقيام برحلات جوية طويلة المدى إلى الفضاء ، أتاح تحديد مبررات طبية وبيولوجية محددة لسلامة وتأثير الظروف خارج كوكب الأرض التي صاغها تسيولكوفسكي. ما هو جوهرهم؟
- تم إعطاء العلماء تبريرًا نظريًا لتأثير انعدام الوزن على الكائنات الثديية.
- قام بنمذجة العديد من الاختلافات في ظروف الفضاء في المختبر.
- خيارات مقترحة لرواد الفضاء للحصول على الطعام والماء بمساعدة النباتات وتداول المادة.
وهكذا ، كان تسيولكوفسكي هو من أرسى جميع الافتراضات الأساسية للملاحة الفضائية ، والتي لم تفقد أهميتها اليوم.
انعدام الوزن
بحث بيولوجي حديث في مجال دراسة تأثير العوامل الديناميكية على جسم الإنسان في الفضاء يسمح لرواد الفضاء بالتخلص من التأثير السلبي لهذه العوامل إلى أقصى حد.
هناك ثلاث خصائص ديناميكية رئيسية:
- اهتزاز ؛
- تسارع
- انعدام الوزن.
التأثير الأكثر غرابة والأكثر أهمية على جسم الإنسان هو انعدام الوزن. هذه حالة تختفي فيها قوة الجاذبية ولا يتم استبدالها بتأثيرات قصور ذاتي أخرى. في هذه الحالة ، يفقد الشخص تمامًا القدرة على التحكم في موضع الجسم في الفضاء. تبدأ هذه الحالة بالفعل في الطبقات الدنيا من الكون وتستمر في جميع أنحاء فضاءه.
أظهرت الدراسات الطبية والبيولوجية حدوث التغيرات التالية في جسم الإنسان في حالة انعدام الوزن:
- يزيد نبضات القلب.
- استرخاء العضلات (يختفي اللون).
- انخفاض في الأداء.
- هلوسة مكانية محتملة.
الشخص الذي يعاني من انعدام الوزن قادر على البقاء لمدة 86 يومًا دون الإضرار بالصحة. لقد تم إثبات ذلك تجريبياً وتأكيده من وجهة نظر طبية. ومع ذلك ، فإن إحدى مهام بيولوجيا الفضاء والطب اليوم هي تطوير مجموعة من التدابير لمنع تأثير انعدام الوزن على جسم الإنسان بشكل عام ، والقضاء على التعب ، وزيادة الأداء الطبيعي وتعزيزه.
هناك عدد من الشروط التي يلتزم بها رواد الفضاء للتغلب على انعدام الوزن والحفاظ على السيطرة على الجسم:
- تصميم الطائرة يتوافق بشكل صارم مع معايير السلامة اللازمة للركاب ؛
- دائمًا ما يتم ربط رواد الفضاء بعناية في مقاعدهم لتجنب الرحلات الجوية الصاعدة غير المتوقعة ؛
- جميع العناصر الموجودة على السفينة بدقةمكان ثابت ومؤمن بشكل صحيح لتجنب الإصابة ؛
- يتم تخزين السوائل فقط في حاويات مغلقة ومختومة.
من أجل تحقيق نتائج جيدة في التغلب على انعدام الوزن ، يخضع رواد الفضاء لتدريب شامل على الأرض. لكن لسوء الحظ ، لا تسمح الأبحاث العلمية الحديثة حتى الآن بخلق مثل هذه الظروف في المختبر. على كوكبنا ، لا يمكن التغلب على قوة الجاذبية. إنه أيضًا أحد التحديات المستقبلية لبيولوجيا الفضاء والطب.
قوى التسارع في الفضاء (التسارع)
عامل مهم آخر يؤثر على جسم الإنسان في الفضاء هو التسارع أو الحمل الزائد. يتم تقليل جوهر هذه العوامل إلى إعادة توزيع غير متساوية للحمل على الجسم أثناء الحركات القوية عالية السرعة في الفضاء. هناك نوعان رئيسيان من التسارع:
- قصير المدى ؛
- طويل.
كما تظهر الدراسات الطبية الحيوية ، كلا التسارعين مهمان للغاية في التأثير على الحالة الفسيولوجية لجسم رائد الفضاء.
لذلك ، على سبيل المثال ، تحت تأثير التسارع قصير المدى (تدوم أقل من ثانية واحدة) ، يمكن أن تحدث تغييرات لا رجعة فيها في الجسم على المستوى الجزيئي. أيضًا ، إذا كانت الأعضاء غير مدربة ، ضعيفة بما فيه الكفاية ، فهناك خطر تمزق أغشيتها. يمكن تنفيذ مثل هذه التأثيرات أثناء فصل الكبسولة مع رائد الفضاء في الفضاء ، أثناء طردهأو عند هبوط سفينة في المدارات.
لذلك ، من المهم جدًا أن يخضع رواد الفضاء لفحص طبي شامل وتدريب بدني معين قبل الطيران إلى الفضاء.
يحدث التسارع طويل المفعول أثناء إطلاق وهبوط صاروخ ، وكذلك أثناء الطيران في بعض الأماكن المكانية في الفضاء. وتأثير هذه التسارع على الجسم بحسب معطيات البحث العلمي الطبي هو كالتالي:
- تسارع ضربات القلب والنبض
- التنفس يتسارع
- حدوث غثيان وضعف ، شحوب الجلد ؛
- تعاني من الرؤية ، ويظهر أمام العين فيلم أحمر أو أسود ؛
- قد تشعر بألم في المفاصل والأطراف ؛
- تناغم الأنسجة العضلية ؛
- تغييرات التنظيم العصبي ؛
- يصبح تبادل الغازات في الرئتين وفي الجسم ككل مختلفًا ؛
- قد يسبب التعرق.
تجبر قوى الجاذبية وانعدام الوزن علماء الطب على ابتكار طرق مختلفة. السماح بالتكيف وتدريب رواد الفضاء حتى يتمكنوا من تحمل تأثير هذه العوامل دون عواقب صحية ودون فقدان الكفاءة.
من أكثر الطرق فعالية لتدريب رواد الفضاء على التسريع جهاز الطرد المركزي. يمكنك فيه ملاحظة جميع التغييرات التي تحدث في الجسم تحت تأثير الأحمال الزائدة. كما يسمح لك بالتدريب والتكيف مع تأثير هذا العامل.
رحلة الفضاء والطب
من المؤكد أن الرحلات الفضائية لها تأثير كبير جدًا على صحة الناس ، وخاصة أولئك غير المدربين أو الذين يعانون من أمراض مزمنة. لذلك ، فإن أحد الجوانب المهمة هو البحث الطبي لجميع التفاصيل الدقيقة للرحلة ، وجميع ردود أفعال الجسم تجاه التأثيرات الأكثر تنوعًا ولا تصدق للقوى خارج كوكب الأرض.
الطيران في حالة انعدام الوزن يجبر الطب الحديث وعلم الأحياء على ابتكار وصياغة (في نفس الوقت بالطبع) مجموعة من التدابير لتزويد رواد الفضاء بالتغذية الطبيعية والراحة وإمدادات الأكسجين والقدرة على العمل وما إلى ذلك.
بالإضافة إلى ذلك ، تم تصميم الطب لتزويد رواد الفضاء بمساعدة لائقة في حالات الطوارئ غير المتوقعة ، فضلاً عن الحماية من تأثيرات القوى غير المعروفة للكواكب والأماكن الأخرى. إنه صعب للغاية ، يتطلب الكثير من الوقت والجهد ، وقاعدة نظرية كبيرة ، واستخدام أحدث المعدات والأدوية فقط.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن الطب ، إلى جانب الفيزياء والبيولوجيا ، لهما مهمة حماية رواد الفضاء من العوامل الفيزيائية لظروف الفضاء ، مثل:
- درجة الحرارة ؛
- إشعاع ؛
- ضغط ؛
- نيازك.
لذلك فإن دراسة كل هذه العوامل والمميزات مهمة جدا.
طرق البحث في علم الأحياء
بيولوجيا الفضاء ، مثل أي علم بيولوجي آخر ، لديها مجموعة معينة من الأساليب التي تسمح بإجراء البحوث ، وتجميع المواد النظرية وتأكيدها باستنتاجات عملية. هذه الأساليب مع مرور الوقتتظل دون تغيير ، ويتم تحديثها وتحديثها وفقًا للوقت الحالي. ومع ذلك ، لا تزال الأساليب الثابتة تاريخيا في علم الأحياء ذات صلة حتى يومنا هذا. وتشمل هذه:
- الملاحظة
- التجربة.
- تحليل تاريخي
- الوصف.
- المقارنة.
طرق البحث البيولوجي هذه أساسية وذات صلة في أي وقت. ولكن هناك عددًا من الأمور الأخرى التي نشأت مع تطور العلوم والتكنولوجيا والفيزياء الإلكترونية والبيولوجيا الجزيئية. يطلق عليهم الحديث ويلعبون الدور الأكبر في دراسة جميع العمليات البيولوجية والكيميائية والطبية والفسيولوجية.
الأساليب الحديثة
- طرق الهندسة الوراثية والمعلوماتية الحيوية. وهذا يشمل التحول البكتيري الباليستي ، PCR (تفاعلات البلمرة المتسلسلة). إن دور الأبحاث البيولوجية من هذا النوع عظيم ، لأنها تجعل من الممكن إيجاد خيارات لحل مشكلة تغذية قاذفات الصواريخ والكبائن بالأكسجين من أجل راحة رواد الفضاء.
- طرق كيمياء البروتين وكيمياء الأنسجة. السماح بالتحكم في البروتينات والإنزيمات في الأنظمة الحية.
- باستخدام مجهر مضان ، مجهر فائق الدقة.
- استخدام البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية وطرق بحثهم.
- القياس الحيوي هو طريقة ناتجة عن مزيج من عمل المهندسين والأطباء على أساس بيولوجي. يسمح لك بالتحكم في جميع الوظائف المهمة من الناحية الفسيولوجية للعمل.الكائن الحي عن بعد باستخدام قنوات الاتصال اللاسلكي لجسم الإنسان وجهاز تسجيل الكمبيوتر. تستخدم بيولوجيا الفضاء هذه الطريقة كأساس لتتبع تأثيرات ظروف الفضاء على كائنات رواد الفضاء.
- مؤشر بيولوجي للفضاء بين الكواكب. طريقة مهمة للغاية لبيولوجيا الفضاء ، والتي تجعل من الممكن تقييم حالات البيئة بين الكواكب ، للحصول على معلومات حول خصائص الكواكب المختلفة. الأساس هنا هو استخدام الحيوانات بأجهزة استشعار مدمجة. إن حيوانات التجارب (الفئران ، الكلاب ، القرود) هي التي تستخرج المعلومات من المدارات ، والتي يستخدمها علماء الأرض للتحليل والاستنتاجات.
تسمح الأساليب الحديثة للبحث البيولوجي بحل المشكلات المتقدمة ليس فقط في بيولوجيا الفضاء ، ولكن أيضًا المشكلات العالمية.
مشاكل بيولوجيا الفضاء
جميع الأساليب المذكورة في البحث الطبي الحيوي ، للأسف ، لم تتمكن بعد من حل جميع مشاكل بيولوجيا الفضاء. هناك عدد من قضايا الساعة التي لا تزال ملحة حتى يومنا هذا. دعونا نلقي نظرة على التحديات الرئيسية التي تواجه طب الفضاء وعلم الأحياء.
- اختيار الموظفين المدربين على رحلات الفضاء ، والذين يمكن أن تلبي حالتهم الصحية جميع متطلبات الأطباء (بما في ذلك السماح لرواد الفضاء بتحمل التدريب الصارم وتدريب الرحلات الجوية).
- مستوى لائق من التدريب وتوفير كل ما هو ضروري لأطقم أماكن العمل.
- ضمان السلامة من جميع النواحي (بما في ذلك من عوامل التأثير غير المعروفة أو الأجنبيةمن الكواكب الأخرى) سفن العمل وهياكل الطائرات.
- إعادة التأهيل النفسي-الفيزيولوجي لرواد الفضاء عند عودتهم إلى الأرض.
- تطوير طرق لحماية رواد الفضاء والمركبات الفضائية من الإشعاع.
- ضمان ظروف معيشية طبيعية في الكابينة أثناء الرحلات الفضائية
- تطوير وتطبيق تكنولوجيا الكمبيوتر المتقدمة في طب الفضاء.
- إدخال التطبيب عن بعد والتكنولوجيا الحيوية في الفضاء. باستخدام طرق هذه العلوم.
- حل المشكلات الطبية والبيولوجية للرحلات المريحة لرواد الفضاء إلى المريخ والكواكب الأخرى.
- توليف العوامل الدوائية التي ستحل مشكلة إمداد الأكسجين في الفضاء.
أساليب مطورة ومحسنة ومعقدة في تطبيق البحوث الطبية الحيوية ستحل بالتأكيد جميع المهام والمشاكل القائمة. ومع ذلك ، عندما يكون هذا سؤال صعب وغير متوقع إلى حد ما.
وتجدر الإشارة إلى أنه ليس فقط العلماء الروس ، ولكن أيضًا المجلس الأكاديمي لجميع دول العالم يتعاملون مع كل هذه القضايا. وهذه إضافة كبيرة. بعد كل شيء ، ستعطي الأبحاث والبحث المشترك نتيجة إيجابية أكبر وأسرع بشكل غير متناسب. التعاون العالمي الوثيق في حل مشاكل الفضاء هو مفتاح النجاح في استكشاف الفضاء خارج كوكب الأرض.
إنجازات حديثة
هناك العديد من هذه الإنجازات. بعد كل شيء ، يتم تنفيذ عمل مكثف كل يوم ، شامل ومضني ، مما يسمح لك بالعثور على المزيد والمزيدالمواد واستخلاص النتائج وصياغة الفرضيات
كان اكتشاف الماء على المريخ من أهم اكتشافات القرن الحادي والعشرين في علم الكونيات. أدى هذا على الفور إلى ظهور عشرات الفرضيات حول وجود أو عدم وجود الحياة على الكوكب ، وحول إمكانية إعادة توطين أبناء الأرض في المريخ ، وما إلى ذلك.
اكتشاف آخر هو أن العلماء قد حددوا حدود العمر التي يمكن أن يكون فيها الشخص في الفضاء بشكل مريح وبدون عواقب وخيمة قدر الإمكان. يبدأ هذا العمر من 45 عامًا وينتهي بحوالي 55-60 عامًا. يعاني الشباب الذين يسافرون إلى الفضاء من الناحية النفسية والفسيولوجية للغاية عند عودتهم إلى الأرض ، والتكيف وإعادة البناء بقوة
تم اكتشاف الماء أيضًا على القمر (2009). كما تم العثور على عطارد وكمية كبيرة من الفضة على القمر الصناعي للأرض
تتيح لنا طرق البحث البيولوجي ، بالإضافة إلى المؤشرات الهندسية والفيزيائية ، أن نستنتج بثقة أن تأثيرات الإشعاع الأيوني والتعرض في الفضاء غير ضارة (على الأقل ليست أكثر ضررًا مما هي عليه على الأرض).
أثبتت الدراسات العلمية أن الإقامة الطويلة في الفضاء لا تؤثر على الصحة البدنية لرواد الفضاء. ومع ذلك ، لا تزال هناك مشاكل نفسية.
تم إجراء دراسات تثبت أن النباتات العليا تتفاعل بشكل مختلف عن التواجد في الفضاء. لم تظهر بذور بعض النباتات في الدراسة أي تغييرات وراثية. البعض الآخر ، على العكس من ذلك ، أظهروا تشوهات واضحة على المستوى الجزيئي.
تجارب ،أجريت على خلايا وأنسجة الكائنات الحية (الثدييات) أثبتت أن الفضاء لا يؤثر على الحالة الطبيعية وعمل هذه الأعضاء.
أنواع مختلفة من الدراسات الطبية (التصوير المقطعي ، التصوير بالرنين المغناطيسي ، اختبارات الدم والبول ، مخطط القلب ، التصوير المقطعي المحوسب ، وما إلى ذلك) أدت إلى استنتاج مفاده أن الخصائص الفسيولوجية والكيميائية الحيوية والمورفولوجية للخلايا البشرية تظل دون تغيير عند البقاء في الفضاء تصل إلى 86 يومًا.
في ظروف المختبر ، تم إعادة إنشاء نظام اصطناعي يسمح لك بالاقتراب قدر الإمكان من حالة انعدام الوزن وبالتالي دراسة جميع جوانب تأثير هذه الحالة على الجسم. وهذا بدوره جعل من الممكن تطوير عدد من التدابير الوقائية لمنع تأثير هذا العامل أثناء رحلة بشرية في انعدام الجاذبية.
نتائج علم الأحياء الخارجية هي بيانات تشير إلى وجود أنظمة عضوية خارج المحيط الحيوي للأرض. حتى الآن ، أصبحت الصياغة النظرية لهذه الافتراضات فقط ممكنة ، ولكن سرعان ما يخطط العلماء للحصول على أدلة عملية أيضًا.
بفضل أبحاث علماء الأحياء والفيزيائيين والأطباء وعلماء البيئة والكيميائيين ، تم الكشف عن آليات عميقة للتأثير البشري على المحيط الحيوي. أصبح هذا ممكنًا من خلال إنشاء أنظمة بيئية اصطناعية خارج الكوكب وممارسة نفس التأثير عليها كما هو الحال على الأرض.
هذه ليست كل إنجازات بيولوجيا الفضاء وعلم الكونيات والطب اليوم ، ولكنها الإنجازات الرئيسية فقط. هناك الكثير من الإمكانات ، وتنفيذهامهمة العلوم المدرجة للمستقبل
الحياة في الفضاء
وفقًا للأفكار الحديثة ، يمكن أن توجد الحياة في الفضاء ، حيث تؤكد الاكتشافات الحديثة وجود ظروف مناسبة على بعض الكواكب لظهور الحياة وتطورها. إلا أن آراء العلماء في هذه المسألة تنقسم إلى قسمين:
- الحياة لا مكان إلا الأرض ، لم تكن ولن تكون أبدًا ؛
- الحياة موجودة في مساحات شاسعة من الفضاء الخارجي ، لكن الناس لم يكتشفوها بعد.
أي من الفرضيات صحيحة - الأمر متروك لكل فرد ليقرر. وكفى بالدليل والرد على الواحد والآخر
