Проблемы космической биологии. Том XII. Рецептор гравитации

У нас вы можете скачать книгу Проблемы космической биологии. Том XII. Рецептор гравитации в fb2, txt, PDF, EPUB, doc, rtf, jar, djvu, lrf!

На протяжении всей истории жизни на Земле организмы эволюционировали под воздействием переменных факторов, таких как изменения в климате и среде обитания [1]. Но гравитация, в отличие от климата и среды обитания, является постоянно действующим на Земле, неизменным по своим характеристикам направленность и интенсивность , фактором. Гравитация, тем не менее, вносит свой вклад в эволюцию всех живых организмов точно так же, как и изменяющиеся во времени факторы.

Эволюционное развитие живых организмов происходило в условиях постоянной борьбы с гравитацией, что привело к появлению компенсаторных механизмов например развитие скелета у животных и механических тканей у растений , прекрасно выполняющих свои функции в земных условиях. Очевидно, что отсутствие или резкое снижение гравитации микрогравитация , как и ее повышение по сравнению с земным уровнем гипергравитация [en] оказывает глубокое влияние на большинство земных живых организмов [2] [3].

Ученые, которые изучают влияние гравитации на живые организмы и их жизнь , называются гравитационными биологами. Гравитационные биологи стремятся способствовать обмену идей с различными группами ученых и инженеров , что позволяет разрабатывать новые прикладные и фундаментальные методы биологических исследований в гравитационной науке, как на Земле, так и в космосе [4].

Гравитация Земли - это сила, с которой планета Земля притягивает и удерживает все материальные объекты на своей поверхности. Все материальные объекты обладают собственным гравитационным притяжением, пропорциональным массам этих объектов, поэтому сила притяжения малых объектов гораздо меньше, чем гравитационная сила Земли,которая действует на расстоянии 80 километров от Земли. Сила гравитации на поверхности Земли постоянна в величине и направлении: Существует множество вопросов, связанных с действием силы гравитации Земли на живые организмы.

Гравитационная биология изучает, в частности, следующие вопросы:. С началом эры космических полётов человечество столкнулось с необходимостью обеспечения нормальной жизнедеятельности и эффективности работы человека в условиях невесомости. Помимо практических задач, связанных с решением этой проблемы, гравитационная биология решает ряд фундаментальных вопросов в области физиологии человека, животных и растений, клеточного сигналлинга и клеточной дифференцировки и эмбриологии.

В большинстве случаев невесомость оказывает негативные эффекты на развитие и функционирование многоклеточных живых организмов, однако было обнаружено и позитивное влияние невесомости на живые существа [5].

Гравитация оказывает влияние на развитие жизни животных с момента появления первого одноклеточного организма. Размер отдельных биологических клеток обратно пропорционален интенсивности гравитационного поля, действующего на клетку.

В условиях гипергравитации размер клеток будет меньше, чем в условиях гравитационного поля Земли, а в условиях невесомости клетки будут достигать более крупных размеров. Таким образом, гравитация является ограничивающим фактором роста отдельных клеток [6]. Тем не менее, клетки способны частично преодолевать ограничения, накладываемые гравитацией, за счет некоторых внутриклеточных структур, в частности, цитоскелета, позволяющего клеткам поддерживать форму в условиях земной силы тяжести. В качестве адаптации клеток к земной силе тяжести можно также рассматривать движение протоплазмы, длинные и тонкие формы клеток, повышенную вязкость цитоплазмы и значительное снижение удельного веса компонентов клеток [7] [8].

В настоящее время, в связи с необходимостью подготовки к долговременным межпланетным космическим полётам, исследуется влияние невесомости на костно-мышечную, сердечно-сосудистую, лимфатическую и иммунную системы позвоночных животных и человека [9]. Нахождение в невесомости растений, животных и людей уже через несколько дней приводит к появлению структурных и функциональных изменений. Многочисленные эксперименты показали, что пребывание в космосе влечет за собой изменения в клеточном обмене веществ, функциях иммунных клеток, клеточном делении и т.

Однако ученые полагают, что изменения дифференцировки клеток могут быть связаны не с воздействием микрогравитации, а со стрессом, связанным с космическим полётом. Стресс может изменить метаболическую активность и нарушить протекание биохимических реакций в организме. Костные клетки погибают, если они не связаны между собой или с внеклеточным матриксом. 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:.

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 научные исследования 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. 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:. 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:.

Перегрузки и невесомость заставляют ученых-медиков придумывать различные способы. 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. 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:. 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. 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 биологических исследований позволяют решать передовые задачи не только космической биологии, но и общечеловеческие. 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. 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. 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 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 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.