Biolojia ya anga. Mbinu za kisasa za utafiti wa kibiolojia

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 05:42

Sayansi ya biolojia inajumuisha sehemu nyingi tofauti, sayansi kubwa na ndogo za watoto. Na kila moja yao ni muhimu sio tu katika maisha ya mwanadamu, bali kwa sayari kwa ujumla.

Kwa karne ya pili mfululizo, watu wanajaribu kusoma sio tu anuwai ya maisha ya ulimwengu katika udhihirisho wake wote, lakini pia kujua ikiwa kuna uhai nje ya sayari, katika anga ya juu. Masuala haya yanashughulikiwa na sayansi maalum - biolojia ya anga. Itajadiliwa katika ukaguzi wetu.

Sehemu ya Baiolojia - Biolojia ya Anga

Sayansi hii ni changa kiasi, lakini inastawi sana. Mambo makuu ya kujifunza ni:

Vipengele vya anga ya nje na ushawishi wao kwa viumbe hai, shughuli muhimu ya mifumo yote hai angani au ndege.
Maendeleo ya maisha katika sayari yetu kwa ushiriki wa anga, mageuzi ya mifumo hai na uwezekano wa kuwepo kwa biomasi nje ya sayari yetu.
Uwezekano wa kujenga mifumo iliyofungwa na kuunda hali halisi ya maisha ndani yake kwa starehemaendeleo na ukuaji wa viumbe katika anga ya nje.

Dawa ya anga na biolojia ni sayansi zinazohusiana kwa karibu ambazo husoma kwa pamoja hali ya kisaikolojia ya viumbe hai angani, kuenea kwao katika anga za kati ya sayari na mageuzi.

Shukrani kwa utafiti wa sayansi hizi, iliwezekana kuchagua hali bora zaidi za kupata watu angani, na bila kusababisha madhara yoyote kwa afya. Nyenzo kubwa imekusanywa juu ya uwepo wa uhai angani, uwezo wa mimea na wanyama (seli moja, seli nyingi) kuishi na kukua bila uzito.

Historia ya maendeleo ya sayansi

Mizizi ya biolojia ya anga inarudi nyuma hadi nyakati za kale, wakati wanafalsafa na wanafikra - wanasayansi asilia Aristotle, Heraclitus, Plato na wengine - walitazama anga yenye nyota, wakijaribu kutambua uhusiano wa Mwezi na Jua na Dunia., kuelewa sababu za ushawishi wao katika ardhi ya kilimo na wanyama.

Baadaye, katika Enzi za Kati, majaribio yalianza kubainisha umbo la Dunia na kueleza mzunguko wake. Kwa muda mrefu, kulikuwa na nadharia iliyoundwa na Ptolemy. Alizungumza kuhusu ukweli kwamba Dunia ni kitovu cha Ulimwengu, na sayari nyingine zote na miili ya mbinguni huizunguka (mfumo wa geocentric).

Hata hivyo, kulikuwa na mwanasayansi mwingine, Pole Nicolaus Copernicus, ambaye alithibitisha uwongo wa taarifa hizi na akapendekeza mfumo wake mwenyewe, wa muundo wa ulimwengu: katikati kuna Jua, na sayari zote zinazunguka. Jua pia ni nyota. Maoni yake yaliungwa mkono na wafuasi wa GiordanoBruno, Newton, Kepler, Galileo.

Hata hivyo, biolojia ya anga kama sayansi ilionekana baadaye sana. Tu katika karne ya 20, mwanasayansi wa Kirusi Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky alitengeneza mfumo unaoruhusu watu kupenya ndani ya kina cha nafasi na kujifunza polepole. Anachukuliwa kuwa baba wa sayansi hii. Pia, uvumbuzi katika fizikia na unajimu, kemia ya quantum na mekanika na Einstein, Bohr, Planck, Landau, Fermi, Kapitza, Bogolyubov na wengine ulikuwa na jukumu kubwa katika maendeleo ya cosmobiolojia.

Utafiti mpya wa kisayansi, ambao uliwaruhusu watu kufanya safari za ndege zilizopangwa kwa muda mrefu angani, uliwezesha kutambua uhalali mahususi wa kimatibabu na kibayolojia kwa usalama na athari za hali ya nje ya nchi ambayo Tsiolkovsky alitayarisha. Asili yao ilikuwa nini?

Wanasayansi wamepewa uhalali wa kinadharia wa athari ya kutokuwa na uzito kwa viumbe vya mamalia.
Aliiga tofauti kadhaa za hali ya anga kwenye maabara.
Chaguo zinazopendekezwa kwa wanaanga kupata chakula na maji kwa usaidizi wa mimea na mzunguko wa mata.

Kwa hivyo, ni Tsiolkovsky ambaye aliweka masharti yote ya kimsingi ya wanaanga, ambayo hayajapoteza umuhimu wake leo.

Kupungua uzito

Utafiti wa kisasa wa kibaolojia katika uwanja wa kusoma ushawishi wa vipengele vinavyobadilika kwenye mwili wa binadamu angani huwaruhusu wanaanga kuondoa ushawishi mbaya wa vipengele hivi kwa upeo wa juu zaidi.

Kuna sifa tatu kuu zinazobadilika:

mtetemo;
kuongeza kasi;
kutokuwa na uzito.

Athari isiyo ya kawaida na muhimu zaidi kwa mwili wa binadamu ni kutokuwa na uzito. Hii ni hali ambayo nguvu ya mvuto hupotea na haibadilishwa na mvuto mwingine wa inertial. Katika kesi hiyo, mtu hupoteza kabisa uwezo wa kudhibiti nafasi ya mwili katika nafasi. Hali kama hiyo huanza tayari katika tabaka za chini za ulimwengu na hudumu katika nafasi yake yote.

Tafiti za kimatibabu na kibaolojia zimeonyesha kuwa mabadiliko yafuatayo hutokea katika mwili wa binadamu katika hali ya kutokuwa na uzito:

Mapigo ya moyo huongezeka.
Misuli inalegea (tonus inaondoka).
Utendaji uliopungua.
Mionekano ya anga inayowezekana.

Mtu asiye na uzani anaweza kukaa hadi siku 86 bila madhara kiafya. Hii imethibitishwa kwa nguvu na kuthibitishwa kutoka kwa maoni ya matibabu. Hata hivyo, moja ya kazi za biolojia ya anga na dawa leo ni kuandaa seti ya hatua za kuzuia athari za kutokuwa na uzito kwenye mwili wa binadamu kwa ujumla, kuondoa uchovu, kuongeza na kuimarisha utendaji wa kawaida.

Kuna idadi ya masharti ambayo wanaanga huzingatia ili kushinda uzito na kudumisha udhibiti wa mwili:

muundo wa ndege unazingatia kikamilifu viwango muhimu vya usalama kwa abiria;
wanaanga kila mara hufungwa kwenye viti vyao kwa uangalifu ili kuzuia safari za ndege za juu zisizotarajiwa;
vitu vyote kwenye meli ni madhubutimahali pa kudumu na kulindwa ipasavyo ili kuepuka majeraha;
Kimiminiko huhifadhiwa katika vyombo vilivyofungwa, vilivyotiwa muhuri pekee.

Ili kupata matokeo mazuri ya kukabiliana na hali ya kutokuwa na uzito, wanaanga hupitia mafunzo ya kina Duniani. Lakini, kwa bahati mbaya, hadi sasa utafiti wa kisasa wa kisayansi hauruhusu kuunda hali hiyo katika maabara. Katika sayari yetu, haiwezekani kushinda nguvu ya uvutano. Pia ni mojawapo ya changamoto za siku zijazo za anga na biolojia ya matibabu.

Vikosi vya G-katika angani (kuongeza kasi)

Kipengele kingine muhimu kinachoathiri mwili wa binadamu angani ni kuongeza kasi, au kuzidiwa. Kiini cha mambo haya ni kupunguzwa kwa ugawaji usio sawa wa mzigo kwenye mwili wakati wa harakati kali za kasi ya juu katika nafasi. Kuna aina mbili kuu za kuongeza kasi:

muda mfupi;
nde.

Kama tafiti za kimatibabu zinavyoonyesha, uongezaji kasi zote mbili ni muhimu sana katika kuathiri hali ya kisaikolojia ya mwili wa mwanaanga.

Kwa hivyo, kwa mfano, chini ya hatua ya kuongeza kasi ya muda mfupi (hudumu chini ya sekunde 1), mabadiliko yasiyoweza kutenduliwa yanaweza kutokea katika mwili katika kiwango cha molekuli. Pia, ikiwa viungo havijafundishwa, dhaifu vya kutosha, kuna hatari ya kupasuka kwa utando wao. Ushawishi kama huo unaweza kufanywa wakati wa kutenganisha kifusi na mwanaanga angani, wakati wa kutolewa kwake.au wakati wa kutua meli katika mizunguko.

Kwa hivyo, ni muhimu sana kwa wanaanga kufanyiwa uchunguzi wa kina wa kimatibabu na mafunzo fulani ya kimwili kabla ya kuruka angani.

Kuongeza kasi kwa muda mrefu hutokea wakati wa kurusha na kutua kwa roketi, na vile vile wakati wa kukimbia katika baadhi ya maeneo ya anga angani. Athari za kuongeza kasi kama hizo kwa mwili, kulingana na data iliyotolewa na utafiti wa matibabu wa kisayansi, ni kama ifuatavyo:

mapigo ya moyo na mapigo ya moyo kwenda kasi;
kupumua kunaongeza kasi;
kunatokea kichefuchefu na udhaifu, ngozi iliyopauka;
kutoona vizuri, filamu nyekundu au nyeusi inaonekana mbele ya macho;
anaweza kuhisi maumivu kwenye viungo, miguu na mikono;
matoni ya tishu ya misuli;
mabadiliko ya udhibiti wa neva;
mbadilishano wa gesi kwenye mapafu na katika mwili kwa ujumla huwa tofauti;
inaweza kusababisha kutokwa na jasho.

G-forces na kutokuwa na uzani huwalazimisha wanasayansi wa matibabu kubuni njia tofauti. kuruhusu kubadilika, wafunze wanaanga ili waweze kustahimili utendaji wa mambo haya bila madhara ya kiafya na bila kupoteza ufanisi.

Mojawapo ya njia bora zaidi za kuwafunza wanaanga kuongeza kasi ni kifaa cha centrifuge. Ni ndani yake kwamba unaweza kuchunguza mabadiliko yote yanayotokea katika mwili chini ya hatua ya overloads. Pia hukuruhusu kutoa mafunzo na kukabiliana na athari za kipengele hiki.

Ndege ya anga na dawa

Safari za anga za juu hakika zina athari kubwa sana kwa afya ya watu, hasa wale ambao hawajafunzwa au wana magonjwa sugu. Kwa hivyo, kipengele muhimu ni utafiti wa kimatibabu wa hila zote za kukimbia, athari zote za mwili kwa athari tofauti na za kushangaza za nguvu za nje.

Kuruka bila uzito hulazimisha dawa za kisasa na biolojia kuvumbua na kuunda (wakati huo huo kutekeleza, bila shaka) seti ya hatua za kuwapa wanaanga lishe ya kawaida, mapumziko, usambazaji wa oksijeni, uwezo wa kufanya kazi na kadhalika.

Aidha, dawa imeundwa ili kuwapa wanaanga usaidizi mzuri katika hali zisizotarajiwa, za dharura, na pia ulinzi dhidi ya athari za nguvu zisizojulikana za sayari na anga zingine. Ni ngumu sana, inahitaji muda na juhudi nyingi, msingi mkubwa wa kinadharia, matumizi ya vifaa na dawa za kisasa pekee.

Aidha, dawa, pamoja na fizikia na biolojia, ina jukumu la kuwalinda wanaanga dhidi ya vipengele vya kimwili vya hali ya anga, kama vile:

joto;
mionzi;
shinikizo;
vimondo.

Kwa hivyo, uchunguzi wa vipengele hivi vyote na vipengele ni muhimu sana.

Mbinu za utafiti katika biolojia

Biolojia ya anga, kama sayansi nyingine yoyote ya kibiolojia, ina seti fulani ya mbinu zinazoruhusu kufanya utafiti, kukusanya nyenzo za kinadharia na kuithibitisha kwa hitimisho la vitendo. Mbinu hizi kwa mudakubaki bila kubadilika, ni updated na kisasa kwa mujibu wa wakati wa sasa. Walakini, mbinu zilizowekwa kihistoria za biolojia bado zinafaa hadi leo. Hizi ni pamoja na:

Angalizo.
Jaribio.
Uchambuzi wa kihistoria.
Maelezo.
Ulinganisho.

Njia hizi za utafiti wa kibaolojia ni za msingi, zinafaa wakati wowote. Lakini kuna idadi ya nyingine ambayo imetokea na maendeleo ya sayansi na teknolojia, fizikia ya elektroniki na biolojia ya molekuli. Zinaitwa za kisasa na zina jukumu kubwa zaidi katika utafiti wa michakato yote ya kibaolojia-kemikali, matibabu na kisaikolojia.

Mbinu za kisasa

Njia za uhandisi jeni na bioinformatics. Hii inajumuisha mabadiliko ya kilimo na ballistiki, PCR (athari za mnyororo wa polymerase). Jukumu la utafiti wa kibaolojia wa aina hii ni kubwa, kwa kuwa ndio hufanya iwezekanavyo kupata chaguzi za kutatua shida ya kulisha na virusha roketi za oksijeni na cabins kwa faraja ya wanaanga.
Njia za kemia ya protini na histokemia. Ruhusu kudhibiti protini na vimeng'enya katika mifumo hai.
Kwa kutumia hadubini ya fluorescence, hadubini yenye azimio kuu.
Matumizi ya baiolojia ya molekuli na bayokemia na mbinu zao za utafiti.
Biotelemetry ni njia ambayo ni matokeo ya mchanganyiko wa kazi ya wahandisi na madaktari kwa misingi ya kibayolojia. Inakuwezesha kudhibiti kazi zote muhimu za kisaikolojia za kazi.kiumbe kwa mbali kwa kutumia njia za mawasiliano ya redio ya mwili wa binadamu na kinasa cha kompyuta. Biolojia ya anga hutumia mbinu hii kama msingi wa kufuatilia athari za hali ya anga kwa viumbe vya wanaanga.
Kiashiria cha kibayolojia cha nafasi kati ya sayari. Njia muhimu sana ya biolojia ya nafasi, ambayo inafanya uwezekano wa kutathmini majimbo ya interplanetary ya mazingira, kupata taarifa kuhusu sifa za sayari tofauti. Msingi hapa ni matumizi ya wanyama wenye sensorer zilizojengwa. Ni wanyama wa majaribio (panya, mbwa, nyani) ambao hutoa maelezo kutoka kwa njia za kuzunguka, ambayo hutumiwa na wanasayansi wa nchi kavu kwa uchambuzi na hitimisho.

Mbinu za kisasa za utafiti wa kibaolojia huruhusu kutatua matatizo ya juu sio tu ya biolojia ya anga, bali pia yale ya ulimwengu wote.

Matatizo ya biolojia ya anga

Njia zote zilizoorodheshwa za utafiti wa matibabu, kwa bahati mbaya, bado hazijaweza kutatua matatizo yote ya biolojia ya anga. Kuna idadi ya maswala ya mada ambayo yanabaki kuwa ya dharura hadi leo. Hebu tuangalie changamoto kuu zinazokabili dawa na biolojia ya anga.

Uteuzi wa wafanyakazi waliofunzwa kwa ajili ya safari za anga za juu, ambao hali yao ya afya inaweza kukidhi mahitaji yote ya madaktari (ikiwa ni pamoja na kuwaruhusu wanaanga kustahimili mafunzo na mafunzo makali ya safari za ndege).
Kiwango kinachofaa cha mafunzo na usambazaji wa kila kitu muhimu kwa wafanyakazi wa anga za kazi.
Kuhakikisha usalama kwa njia zote (ikiwa ni pamoja na kutoka kwa sababu zisizojulikana au za kigeni za ushawishikutoka sayari nyingine) meli zinazofanya kazi na miundo ya ndege.
Urekebishaji wa kisaikolojia-kifiziolojia ya wanaanga wanaporejea Duniani.
Utengenezaji wa njia za kuwalinda wanaanga na vyombo vya anga dhidi ya mionzi.
Kuhakikisha hali ya kawaida ya maisha katika vyumba vya ndege wakati wa safari za anga.
Maendeleo na matumizi ya teknolojia ya hali ya juu ya kompyuta katika dawa za anga.
Utangulizi wa telemedicine ya anga ya juu na teknolojia ya kibayoteknolojia. Kwa kutumia mbinu za sayansi hizi.
Suluhisho la matatizo ya kiafya na kibaolojia kwa safari za ndege za starehe za wanaanga hadi Mirihi na sayari nyinginezo.
Muundo wa mawakala wa kifamasia ambao watasuluhisha tatizo la usambazaji wa oksijeni angani.

Njia zilizoboreshwa, zilizoboreshwa na changamano katika matumizi ya utafiti wa matibabu hakika zitasuluhisha kazi zote na matatizo yaliyopo. Hata hivyo, lini hili litakuwa ni swali gumu na lisilotabirika.

Ikumbukwe kwamba sio tu wanasayansi wa Urusi, lakini pia Baraza la Kitaaluma la nchi zote za ulimwengu hushughulikia maswala haya yote. Na hii ni plus kubwa. Baada ya yote, utafiti wa pamoja na utafutaji utatoa matokeo mazuri zaidi na ya haraka zaidi. Ushirikiano wa karibu wa kimataifa katika kutatua matatizo ya anga ndio ufunguo wa mafanikio katika uchunguzi wa anga za juu za anga.

Mafanikio ya kisasa

Kuna mafanikio mengi kama haya. Baada ya yote, kazi kubwa hufanywa kila siku, kamili na yenye uchungu, ambayo hukuruhusu kupata zaidi na zaidinyenzo, fanya hitimisho na utengeneze dhana.

Mojawapo ya uvumbuzi muhimu zaidi wa karne ya 21 katika kosmolojia ulikuwa ugunduzi wa maji kwenye Mirihi. Hili mara moja lilizua dhana nyingi juu ya uwepo au kutokuwepo kwa maisha kwenye sayari, juu ya uwezekano wa makazi mapya ya viumbe kwenye Mirihi, na kadhalika.

Ugunduzi mwingine ulikuwa kwamba wanasayansi wameweka mipaka ya umri ambayo mtu anaweza kuwa angani kwa raha na bila madhara makubwa iwezekanavyo. Umri huu huanza kutoka miaka 45 na kuishia karibu miaka 55-60. Vijana wanaokwenda angani wanateseka sana kisaikolojia na kisaikolojia wanaporudi duniani, kubadilika na kujenga upya kwa bidii.

Maji pia yaligunduliwa kwenye Mwezi (2009). Zebaki na kiasi kikubwa cha fedha pia vilipatikana kwenye satelaiti ya Dunia.

Mbinu za utafiti wa kibaiolojia, pamoja na viashirio vya uhandisi na umbile, huturuhusu kuhitimisha kwa ujasiri kwamba athari za mionzi ya ioni na mwangaza angani hazina madhara (angalau sio hatari zaidi kuliko Duniani).

Tafiti za kisayansi zimethibitisha kuwa kukaa kwa muda mrefu angani hakuathiri afya ya kimwili ya wanaanga. Hata hivyo, matatizo ya kisaikolojia yamesalia.

Tafiti zimefanywa kuthibitisha kwamba mimea ya juu huathiri tofauti kuwa angani. Mbegu za baadhi ya mimea katika utafiti hazikuonyesha mabadiliko yoyote ya kijeni. Nyingine, kinyume chake, zilionyesha kasoro dhahiri katika kiwango cha molekuli.

Mazoezi,uliofanywa kwenye seli na tishu za viumbe hai (mamalia) ilithibitisha kuwa nafasi haiathiri hali ya kawaida na utendaji kazi wa viungo hivi.

Aina mbalimbali za tafiti za kimatibabu (tomografia, MRI, vipimo vya damu na mkojo, cardiogram, tomografia ya kompyuta, na kadhalika) zilipelekea hitimisho kwamba sifa za kisaikolojia, biokemikali, kimofolojia za seli za binadamu hubakia bila kubadilika wakati wa kukaa angani. hadi siku 86.

Katika hali ya maabara, mfumo wa bandia uliundwa upya ambao hukuruhusu kupata karibu iwezekanavyo na hali ya kutokuwa na uzito na kwa hivyo kusoma nyanja zote za athari ya hali hii kwenye mwili. Hii, kwa upande wake, iliwezesha kuunda idadi ya hatua za kuzuia ili kuzuia athari ya sababu hii wakati wa kukimbia kwa binadamu katika mvuto sifuri.

Matokeo ya exobiolojia ni data inayoonyesha kuwepo kwa mifumo ya kikaboni nje ya biosphere ya Dunia. Kufikia sasa, ni uundaji wa kinadharia tu wa mawazo haya umewezekana, lakini hivi karibuni wanasayansi wanapanga kupata ushahidi wa vitendo pia.

Shukrani kwa utafiti wa wanabiolojia, wanafizikia, madaktari, wanaikolojia na wanakemia, mbinu za kina za athari za binadamu kwenye biolojia zimefichuliwa. Hili liliwezekana kwa kuunda mifumo ikolojia bandia kutoka kwenye sayari hii na kuwa na ushawishi sawa na ule wa Duniani.

Haya si mafanikio yote ya biolojia ya anga, kosmolojia na dawa leo, lakini mafanikio makuu pekee. Kuna uwezo mwingi, ambao utekelezaji wake nijukumu la sayansi zilizoorodheshwa kwa siku zijazo.

Maisha angani

Kulingana na mawazo ya kisasa, maisha katika anga yanaweza kuwepo, kwani uvumbuzi wa hivi majuzi unathibitisha kuwepo kwenye baadhi ya sayari za hali zinazofaa kwa ajili ya kuibuka na kuendeleza maisha. Hata hivyo, rai za wanachuoni kuhusu suala hili ziko katika makundi mawili: