Подготовила Сукрушева Л.А.
«Жить и верить — это замечательно,
Перед нами небывалые пути,
Утверждают космонавты и мечтатели
Что на Марсе будут яблони цвести….»
С давних времён звёздное небо притягивало внимание людей, оно всегда манило своей красотой и недосягаемостью. Человеку хотелось заглянуть ввысь и узнать, как устроено небо.
Пройдут годы, десятилетия, века, люди забудут даты войн и революций, но этот день будут помнить всегда, и, я думаю, что именно этот день 12 апреля в недалеком будущем станет красной праздничной датой на все грядущие века. Ведь именно с этого дня – 12 апреля 1961 года — человек начал освоение космоса. Сегодня мы поговорим о том, как люди стали осваивать космическое пространство.
«Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели…» (К.Э.Циолковский)
Сегодня работа в космосе – это научные исследования и повседневная работа во имя прогресса во всем мире.
Вселенная с её звёздами, планетами, спутниками хранит много тайн. Люди давно мечтали о полётах в космос. Сначала в космосе побывали собачки – Белка и Стрелка. А потом уже и человек.
Корни космической биологии уходят еще в древнее время, когда философы и мыслители — естествоиспытатели Аристотель, Гераклит, Платон и другие — наблюдали за звездным небом.
Позже, в средние века, начались попытки определения формы Земли и объяснения ее вращения.
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 медицинские и биологические обоснования безопасности и влияния внепланетных условий.
Ученым было дано теоретическое обоснование влияния невесомости на организмы млекопитающих. Было смоделировано несколько вариантов создания условий космоса в лаборатории. Циолковский 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.
Современные биологические исследования в области изучения влияния динамических факторов на организм человека в условиях космоса позволяют 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. 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:
Учащается сердцебиение.
Расслабляются мышцы.
Снижается работоспособность.
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:
конструкция летательного аппарата строго соответствует необходимым нормам по технике безопасности для пассажиров;
космонавты всегда тщательно пристегнуты к своим местам с целью избегания непредвиденных полетов вверх;
все предметы на корабле имеют строго определенное место и закреплены надлежащим образом с целью избегания травмоопасных ситуаций;
жидкости хранятся только в закрытых, герметично упакованных контейнерах.
Перегрузки в космосе
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.
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.
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.
Полет в космос и медицина
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 комплекс мер по обеспечению космонавтам нормального питания, отдыха, снабжения кислородом, сохранения работоспособности.
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.
Методы исследований в биологии
Космическая биология, 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 в соответствии с текущим временем. Однако исторически сложившиеся методы биологии все равно остаются актуальными и по сей день. К ним относятся:
Наблюдение.
Эксперимент.
Исторический анализ.
Описание.
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.
Предлагаем проверить знания, в этой области отвечая на вопросы викторины
«Шаг во вселенную»
Современные методы
К методам генной инженерии и биоинформатики 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 ракетных установок и кабин для комфортного состояния космонавтов.
Методы белковой химии и гистохимии позволяют управлять белками и ферментами в живых системах.
Использование флуоресцентной микроскопии, сверхразрешающей микроскопии.
Использование молекулярной биологии и биохимии и их методов исследования.
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.
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.
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 космических кораблей от радиационного излучения.
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.
Современные достижения
Таких достижений немало. Ведь ежедневно проводится интенсивная работа, тщательная и кропотливая, которая позволяет находить все новые и новые материалы.
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.
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 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.
Космический век принес с собой и новые проблемы в области биологических наук. Рассмотрим некоторые вопросы, возникшие в связи с этим в микробиологии.
Микроорганизмы — эти мельчайшие представители живого — призваны сыграть важную роль в освоении человеком Вселенной.
Чтобы создать комфортные условия для организмов, ученые проводили огромное количество опытов. Один из таких- опыт с плодовой мушкой- дрозофилой. Ученые отправили мух в космос на целых два месяца. За это время сменилось три поколения насекомых, два последних ничего не знали о притяжении. После приземления, часть мух проверили сразу. Остальных оставили для дальнейшего развития на Земле. Сравнив состояние организмов до полета и после, выяснилось, Что у мух произошли изменения на генном уровне: поменялась активность генов, ответственных за формирование хитиновой оболочки. Однако в течении 12 часов все показатели вернулись в норму.
Самыми маленькими «пассажирами» были культуры микроорганизмов. Они позволили изучить влияние космических лучей на мелкие живые существа.
На борту первых космических кораблей были и микроскопические зеленые растения — одноклеточные водоросли. Мы знаем, что зеленые водоросли осуществляют фотосинтез, при котором из воды и углекислоты под влиянием солнечного света образуются основные, энергетически наиболее важные соединения — сахара.
Международная команда микробиологов выявила наличие в различных местах на борту Международной космической станции четырёх штаммов бактерий, три из которых до сих пор не были известны науке.
Всегда помните и гордитесь, что именно Российский человек первым в мире покорил космическое пространство!
В завершение, предлагаю вам видео презентацию
«Дорога в космос начинается с Земли»
Спасибо за внимание!
Подготовила Сукрушева Л.А.
