Космическая биология

Косми́ческая биоло́гия (космобиоло́гия) — наука, изучающая возможности жизни в условиях космического пространства и при полётах на космических летательных аппаратах, а также принципы построения биологических систем обеспечения жизнедеятельности членов экипажей космических кораблей и станций. Рассматривает отсутствие влияния на организм силы тяжести, возможность существования организмов в вакууме и т. п.

В данной научной дисциплине теснейшим образом переплетены фундаментальные и прикладные исследования, направленные на получение новых знаний о влиянии факторов космического полета (КП) и космического пространства на живые системы и на решение проблем медицинской безопасности пилотируемых КП, будь то орбитальные полеты или полеты в дальний космос.

Космическая биология как раздел биологии

Основными задачами космической биологии как комплекса преимущественно биологических наук являются:

• изучение закономерностей влияния факторов космических полетов и космического пространства на процессы жизнедеятельности организмов, находящихся на различных уровнях онтогенетического и филогенетического развития;
• разработка принципов создания и эксплуатации биологических систем обеспечения жизнедеятельности экипажей в длительных космических полетах и при нахождении на научных базах, расположенных на Луне, Марсе и, возможно, на других небесных телах;
• поиск внеземной жизни, определение условий её возникновения и распространения во Вселенной.

К числу приоритетных проблем космической биологии следует отнести:

• клеточные и молекулярные механизмы адаптации к невесомости и реадаптации к земной силе тяжести;
• зависимость структурно-функциональных изменений в организме от длительности пребывания в условиях невесомости, возраста и пола;
• возможные повреждения в организме при сочетанном действии невесомости и повышенных уровней космической радиации;
• биологические эффекты искусственной силы тяжести и длительного пребывания в условиях моделированной гипогравитации (1/6 и 1/3 g) с использованием бортовых центрифуг;
• эффективность новых физических и химических (фармакологических) средств профилактики неблагоприятного влияния невесомости и космической радиации;
• выживаемость и жизнеспособность земных организмов при длительном воздействии на них условий открытого космического пространства;
• технологии культивирования высших растений в условиях невесомости.

Эксперименты в космосе с живыми организмами

Отправными точками в становлении космической биологии считаются следующие вехи:

1949 г. — впервые появилась возможность проведения биологических исследований при полетах ракет.

3 ноября 1957 г. — впервые живое существо (собаку Лайку) отправили в околоземный орбитальный полет на втором искусственном спутнике Земли.

19 августа 1960 г. — первый орбитальный полёт живых существ (собак Белка и Стрелка) с успешным возвращением на Землю.

12 апреля 1961 г. — первый пилотируемый полет в космос, совершенный Ю.А. Гагариным.

Регулярные полёты млекопитающих и других животных в космос начались в СССР в 1973 г. Благодаря полученным данным, космическая биология накопила большой материал эмпирического исследований с животными и растительными организмами в наземных модельных условиях и на различных видах космических аппаратов (станции «Салют», «Мир», МКС, биоспутники «Бион»). Преимущественно это результаты экспериментов и исследований на млекопитающих (мыши, крысы, кролики, обезьяны) и высших растениях. Основное внимание уделялось изучению влияния на организм невесомости и космического излучения. При этом в космическом полете на живой организм воздействуют также вибрация, шум, ультрафиолетовое излучение.

В ходе научных изысканий установлено, что невесомость оказывает влияние практически на все физиологические системы организма животных, но в большей степени на мышечную, скелетную, нейросенсорную и сердечно-сосудистую. Установленные структурно-функциональные изменения множественны, но они носят адаптивный, а не патологический характер и вскоре после окончания полета нормализуются. В эксперименте с крысами было установлено, что искусственная сила тяжести, которая создается вращением животных во время полета на бортовой центрифуге, могут способствовать удержанию на уровне земных показателей функционирования многих систем организма в условиях невесомости.

Космическая биология позиционирует, что проблема адаптации физиологических систем организма животных к условиям невесомости решена неполностью и продолжает обсуждаться. Первоочередными задачами космическая биология ставит проблемы влияния невесомости на молекулярном уровне жизнедеятельности, роль генетического аппарата в механизмах адаптации организма к невесомости и длительному воздействию повышенных уровней космической радиации.

Сбор эмпирических данных для анализа вышеуказанных направлений были посвящены эксперименты в 30-суточном полете биоспутника «Бион-М1» в 2013 г.

С первых полетов в космос ведутся полетные эксперименты с растениями, с высшими растениями особенно успешны эксперименты на борту станции «Мир» и МКС. Выращивание растений в 4 поколениях в условиях невесомости не привело к каким-либо структурно-функциональным изменениям, в том числе в генетическом аппарате.

Система обеспечения жизнедеятельности экипажей (СОЖ)

Система обеспечения жизнедеятельности экипажей (СОЖ) является одним из элементов пилотируемых космических комплексов.

Система обеспечения жизнедеятельности экипажей на орбитальных станциях функционируют на физико-химических процессах регенерации атмосферы и влаги, а также на регулярном пополнении расходуемых компонентов грузовыми кораблями.

В России (СССР) работы в этом направлении начаты рядом учреждений с 1960-х годов.

Литература

• Complete Course in Astrobiology / под ред. Gerda Horneck и Petra Rettberg. — WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2007. — ISBN 978-3-527-40660-9.
• Газенко О. Г., Григорьев А. И., Никогосян А.Е, Молер С. Р. Космическая биология и медицина: совместное российско-американское издание в пяти томах. — 1-е изд. — М.: «Наука», 1997. — Т. 3. — С. 220. — ISBN 5020018716, 9785020018716.
• Ушаков И.Б. Космическая медицина и биология: сегодня и завтра // Медицина экстремальных ситуаций. — 2016. — № 4 (58).
• Большой энциклопедический словарь. Космическая биология. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2001.
• Парин В. В., Душков Б. А., Космолинский Ф. П. Космическая биология и медицина Пособие для учителей. — М.: «Просвещение», 1970. — С. 220.