Биология и космос
автор: Запросова Наталья Геннадиевна
учитель биологии ГОУ ЯО «Рыбинская общеобразовательная школа»
Биология и космос
Слайд 1. ВЫСТУПЛЕНИЕ Биология и космос
Слайд 2. Мне бы хотелось начать соё выступление словами нашего замечательного учёного К. Э. Циолковского: «…Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе всё околосолнечное пространство».
2021 год является юбилейным – 60 лет со дня первого полёта человека в космос.
Жизнь на нашей планете обязана своим возникновением сочетанию космических и планетарных условий, а теперь она в результате долгой эволюции и в лице своего представителя, человека, сама выходит непосредственно во Вселенную. Такова, видимо, закономерность развития жизни, относящаяся уже не к прошлому, а к будущему.
С глубокой древности людей манило и привлекало к себе звёздное небо. Мечта о создании летательных аппаратов нашла своё отражение в мифах, легендах и сказаниях практически всех народов мира. Человеку очень хотелось летать. Сначала он решил сделать себе крылья, как у птицы. Забирался повыше в горы и прыгал с такими крыльями вниз. Но в результате только ломал руки, ноги, однако это не заставило человека отказаться от своей мечты. И он придумал металлическую птицу с неподвижными крыльями и назвал её самолёт. Прошли годы, развивалась современная авиация. Её развитие – целая история с множеством прекрасных и очень интересных страниц науки.
Космос, планета и снова космос – вот вселенский цикл жизни, демонстрируемый ныне человечеством. Рождённая на Земле жизнь, выходя за пределы планеты, тем самым обнаруживает свою космическую устремлённость. Таково «эволюционное» значение переживаемого нами космического века.
Сейчас мы являемся свидетелями того, как сбываются пророческие слова учёного. Бурное развитие науки и техники сделало возможным выведение на околоземную орбиту в октябре 1957 года первого искусственного спутника Земли. В 1961 году человек впервые шагнул из своей «колыбели» в бескрайние просторы Вселенной. А спустя четыре года вышел за порог космического корабля и взглянул на Землю, со стороны, через тонкое стекло скафандра. Так началась космическая эра человечества, началось освоение космоса, началось становление новой особой профессии — космонавт.
С целью научного обоснования возможности безопасного в медицинском отношении полёта человека в космос исследовалась переносимость воздействий, характерных для старта орбитального полета, спуска и посадки на Землю космических летательных аппаратов, а также испытывалась работа биотелеметрической аппаратуры и систем обеспечения жизнедеятельности космонавтов. Основное внимание уделялось изучению влияния на организм невесомости и космического излучения.
Земные организмы можно встретить на высоте до 100 км. Этот рубеж обозначает предел естественной экспансии земной жизни в сторону космического пространства. Однако человек с помощью ракетно-космической техники, то есть «искусственно», не только сам выходит в космос, но и берёт с собой растения и животных. Вначале (и это свершается уже теперь) исследуется воздействие условий космического полёта на представителей земной жизни, а в перспективе предстоит освоение нового жизненного пространства, его «обживание».
Слайд 3. Чтобы понять какова роль биологии в космических исследованиях мы должны обратиться к космической биологии.
Полёты человека в космос стали возможны благодаря планомерным исследованиям в областях космических биологии и медицины – новых областях естествознания, изучающих особенности жизнедеятельности человека и других организмов при действии на них факторов космического пространства.
Космическая биология – синтетическая наука, собравшая в единое целое достижения различных разделов биологии, авиационной медицины, астрономии, геофизики, радиоэлектроники и многих др. наук и создавшая на их основе собственные методы исследования. Работы по космической биологии ведутся на различных видах живых организмов, начиная с вирусов и заканчивая млекопитающими.
Первоочередная задача космической биологии – изучение влияния факторов космического полёта (ускорение, вибрация, невесомость, изменённая газовая среда, ограниченная подвижность и полная изоляция в замкнутых герметичных объёмах и др.) и космического пространства (вакуум, радиация, уменьшенная напряжённость магнитного поля и др.).
Исследования по космической биологии ведутся в лабораторных экспериментах, в той или иной мере воспроизводящих влияние отдельных факторов космического полёта и космического пространства. Однако наиболее существенное значение имеют лётные биологические эксперименты, в ходе которых можно изучить влияние на живой организм комплекса необычных факторов внешней среды.
Отправными в становлении космической биологии и медицины считаются следующие вехи: 1949 г. – впервые появилась возможность проведения биологических исследований при полётах ракет;
Слайд 4. Космический спор – кто из живых организмов первым отправится в неизведанные дали.
1957 г. – впервые живое существо (собаку Лайку) отправили в околоземный орбитальный полёт на втором искусственном спутнике Земли; 1961 г. – первый пилотируемый полёт в космос, совершённый Ю. А. Гагариным.
«Главный по космосу» — Генеральный конструктор Сергей Павлович Королёв ,
прекрасно понимающий, как важны эти эксперименты, торопил медиков, интересовался, нашли ли нужных собак и как их собираются тренировать.
Ведь дело-то действительно было непростое. Конструкторы ракет просили, чтобы собаки были небольшие, килограммов по шесть-семь. Но породистые маленькие собаки чаще всего – домашние животные, довольные изнеженные, прихотливые к пище. В этом смысле обыкновенная дворняжка имела преимущества перед болонками, тойтерьерами или таксами.
Тем временем в Институте авиационной медицины закончились длившиеся около года работы по специальной подготовке животных-космонавтов. Из десяти собак выбрали трёх, очень похожих друг на друга: Альбину, Лайку и Муху. Альбина уже до этого дважды летала «стратонавтом» на ракете, честно послужила науке. У неё были смешные щенки. Альбину запускать было жалко. Впрочем, всех их было жалко: собака шла на верную гибель, ведь механизма возврата на Землю из космического полёта ещё не придумали – собаку запускали не на управляемом космическом корабле, а на неуправляемом спутнике.
Слайд 6. Как и в случае с первым спутником, в мире восхищение смешивалось с ужасом, и даже возмущением. Организации по защите животных сочли «полет собаки-смертницы» варварством. Газета «Нью-Йорк Таймс» назвала Лайку «самой одинокой и несчастной собакой в мире». Кое-кто на Западе предлагал СССР запустить в космос вместо собаки Никиту Хрущева. Но всех заткнули за пояс домохозяйки из американского штата Миссисипи. Их коллективное письмо в ООН было полно сострадания к собаке, а завершалось фразой: «Если для развития науки необходимо посылать в космос живых существ, в нашем городе для этого есть сколько угодно негритят».
Слайд 7. Лайка погибла не зря. Её полёт доказал, что живые существа могут успешно переносить орбитальные полёты. Таким образом, Лайка открыла дорогу в космос людям. Спустя три года после полёта Лайки собаки Белка и Стрелка станут первыми живыми существами, которые благополучно вернулись с орбиты. Произойдёт это 19 августа 1960 года. Мир понял, что до самого великого технологического прорыва в истории человечества остаётся совсем немного. Два живых существа провели в космосе более суток, сделав 17 витков по орбите. И самое главное – вернулись на Землю целыми и невредимыми.
Слайд 8. видеофильм
Слайд 9. В 2008 году на территории Института военной медицины в Москве, где готовился полет Лайки, был открыт памятник собаке. Двухметровый памятник представляет собой космическую ракету, переходящую в ладонь, на которой гордо стоит Лайка – маленькая дворняга, открывшая большую дорогу в космос.
Слайд 10. На искусственных спутниках Земли и космических кораблях в полёт отправлялись морские свинки, мыши, собаки, высшие растения и водоросли (хлорелла), различные микроорганизмы, семена растений, изолированные культуры тканей человека и кролика и другие биологические объекты. Опыты на «братьях наших меньших» позволили оценить влияние невесомости на состояние жизненно важных функций. Но до того как полёты в космос удались, 18 собак погибли при испытаниях. Их смерть не была бесполезной. Только благодаря животным полёты в космос стали возможны и человеку. А то, что космос необходим людям, сегодня не сомневается никто.
Перед первым длительным полётом на 18 суток Николаева и Севастьянова в космос отправили собак Ветерка и Уголька на 22 дня. . Вернулись из космоса Ветерок и Уголек совершенно голые. То есть без шерсти, которая осталась в плохо подогнанных скафандрах, о которые собаки все эти нескончаемые дни тёрлись.
В ходе экспериментальных медико-биологических исследований с использованием различных биообъектов (в том числе и на клеточном уровне) было показано, что основным экологическим фактором наблюдаемых в организме сдвигов космических полетах является невесомость. Однако она не вызывает генных и хромосомных мутаций, механизм клеточного деления, как правило, тоже не нарушается.
Кроме этого, биологические эксперименты в космосе на этапе подготовки первого космического полёта человека позволили выявить ряд функциональных изменений, возникающих в организме при действии факторов полёта, что явилось основанием для планирования последующих экспериментов на животных и растительных организмах в полётах пилотируемых космических кораблей, орбитальных станций и биоспутников.
Слайд 11. До полёта людей в космос в целях изучения биологического воздействия космических путешествий в орбитальные и суборбитальные полёты в космическое пространство запускали некоторых животных, в том числе наиболее близких к человеку по физиологии многочисленных обезьян.
Слайд 12. В процессе подготовки к полётам учёные выяснили, что обезьянки для полёта в космосе осваивают задание всего за 2 месяца и действительно кое в чем превосходят людей. Например, в скорости реакции. На выполнение упражнения «тушение мишеней» обезьянке требовалось 19 минут. А человеку на то же задание – час!
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.
В итоге проведённых исследований была разработана система медицинского обеспечения экипажей космических полётов, которая включает в себя отбор
и подготовку экипажей, их медицинское обслуживание в ходе полётов (в том числе оказание неотложной медицинской помощи) и после полётную адаптацию к
условиям земной гравитации и привычному образу жизни.
Слайд 13. Ес ли раньше учёных интересовало воздействие перегрузок и космической радиации на живые организмы, то теперь основное внимание уделяется работе нервной и иммунной систем. Не менее важно изучение влияния факторов космического полёта на регенеративные и репродуктивные функции организма. Особенно интересна задача воссоздания полного цикла биологического воспроизводства в условиях невесомости. Почему? Рано или поздно, нас ждут поселения в космосе и сверхдальние полёты к другим звёздам.
22 марта 1990 года перепелёнок, пробивший скорлупу пёстренького серо-коричневого яичка в специальном космическом инкубаторе, был первым живым существом, родившимся в космосе. Это была сенсация!
Конечная цель опытов с японскими перепелами в невесомости – создание системы жизнеобеспечения экипажей космических кораблей вовремя сверхдлительных межпланетных космических полётов.
С грузовым кораблём на орбитальную станцию «Мир» отправился контейнер с 48 яичками перепела, который космонавты аккуратно поместили в космическое «гнездо». Ожидание было напряжённым, но точно на 17-й день лопнуло на орбите первое пятнистое яичко. Новый космический житель массой всего 6 граммов проклюнул скорлупку. К радости биологов, то же произошло и в контрольном инкубаторе на Земле. За первым цыплёнком появился второй, третий… Здоровенькие, шустрые, они хорошо реагировали на звук и свет, обладали клевательным рефлексом. Однако в космосе мало родиться, нужно приспособиться к его жёстким условиям. Увы… Перепелята не смогли адаптироваться к невесомости. Они, как пушинки, хаотически летали внутри каюты, не умея зацепиться за решётку. Из-за отсутствия фиксации тела в пространстве они не смогли самостоятельно кормиться и впоследствии погибли. Впрочем, 3 птенца вернулись на Землю, пережив ещё и перелёт обратно. Но, по словам биологов, в этом эксперименте было доказано главное — невесомость не оказалась непреодолимым препятствием для развития организма.
Живые существа способны жить и размножаться вне Земли. Это важный и многообещающий вывод, сделанный на основе космического эксперимента, доказывает, что жизнь и космос друг другу не противопоказаны.
Слайд 14. Эксперименты с растительными организмами показали, что и они обладают удивительными космическими способностями. Так лишайник вполне может жить на существенно более комфортабельной поверхности Марса или, к примеру, некоторых спутников Сатурна. Шансов найти жизнь за пределами Земли становится всё больше.
Слайд 15. Э ксперименты на орбите показали, что лишайник прекрасно выживает в условиях открытого космоса. Эти низшие растения ещё называют «экстремофилами» за их способность выживать в самых неблагоприятных условиях на Земле. Оказалось, они способны выдержать и не очень гостеприимные условия открытого космоса.
Слайд 16. 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.
Слайд 17. В последние годы быстрыми темпами стало развиваться такое новое направление исследований, как космическая биотехнология, основной задачей которой является разработка методов получения в невесомости особо чистых лекарственных препаратов и биологически активных веществ (гормонов, витаминов, ферментов). Несмотря на небольшой срок существования, космическая биология и космическая медицина заняли прочные позиции среди других медико-биологических наук.
Слайд 18. Среди задач, вставших перед проблемами космоплавания, имеются вопросы из области биологии и генетики. Не преувеличивая, можно сказать, что от решения вопросов биологии и генетики зависит проникновение человека во Вселенную.
Были обнаружены следующие изменения: инактивация клеток; появление генных и хромосомных мутаций; возникновение потенциальных повреждений, которые лишь спустя некоторое время реализуются в мутации; нарушения протекания митоза. Всё это указывает на то, что факторы космического полёта способны вызывать весь объём генетических изменений в хромосомах.
Слайд 19. Достижения в области космической биологии и медицины внесли существенный вклад в решение проблем общей биологии и медицины.
Расширились представления о границах жизни в пределах биосферы, а созданные экспериментальные модели искусственных биогеоценозов — относительно замкнутым круговоротом веществ позволили дать определённую количественную оценку антропогенных воздействий на биосферу. Большое влияние космическая биология оказала на экологию, в первую очередь экологию человека и изучение взаимосвязи процессов жизнедеятельности с абиотическими факторами окружающей среды.
Проведённые исследования позволили лучше познать биологию человека и животных, механизмы регуляции и функционирования многих систем организма.
Исследования в области космической биологии и медицины будут и впредь особенно нужны для решения ряда вопросов, в частности для биологической разведки новых космических трасс. Чрезвычайно важную роль космическая биология и медицины сыграет и в разработке необходимых для длительных полётов биокомплексов, или замкнутых экологических систем. Космос в настоящее время становится ареной международного сотрудничества.
Таким образом, в ближайшие десятилетия будет реализован ряд сложных космических программ, направленных на улучшение жизни в космосе и на Земле. Станут серьёзнее требования сохранения здоровья космонавтов, обеспечения эффективной профессиональной деятельности и высокой работоспособности космонавтов, обусловленные увеличением длительности космических экспедиций, объёма вне корабельной деятельности и монтажных работ, усложнением исследовательской деятельности. При осуществлении экспедиций на Луну и, особенно, на Марс, значительно возрастёт риск по сравнению с пребыванием на околоземных орбитах. Поэтому многие медико-биологические проблемы будут решаться с учётом новых реалий. Приоритетное развитие «наук о жизни» позволит не только обеспечить успешное решение перспективных задач, стоящих перед космонавтикой, но и внесёт неоценимый вклад в земное здравоохранение, на благо каждого человека.
Так как человечество собирается в относительно недалеком будущем все-таки начать колонизацию Луны и других космических тел нашей Солнечной системы. Исследования показали вероятные проблемы со здоровьем, с которыми придётся столкнуться пионерам эры человеческих космических колонизаций (если мы их не решим до этого момента.
Источник