Космичка биологија

Из Википедије, слободне енциклопедије
Истраживања руских космонаута, као што су она на станици Мир, дају податке о дугорочним ефектима космоса на људско тело.
Живи микросвет у нултом стању
У бестежинском стању
Живи микросвет,
Или неки његов део,
Помами се подивља,
Као да је уклет.
Чак и после краћег боравка
У бестежинском стању
Неке добре бактерије
По повратку на земљу
Постају опасније и смртоносније.
Стварамо ли чудовишта
Која се некако
Могу измаћи контроли,
Због чега ће после тога,
Глава да нас боли.
Део песме др Јована Давидовића авиофизиолога[1]

Космичка биологија, фундаментална космичка биологија (ФКБ) (енгл. Space biologyFundamental space biology'') је научна дисциплина и грана биологије која проучава утицаје космичке средине на основне биолошке процесе у организму човека и других биолошких бића и бави истраживањем могућности ванземаљског живота.[2] Такође објекат истраживања космичке биологије су жива бића на Земљи која бораве у крајње екстремним условима и пронађе врсте које се успешно могу прилагодити космичким условима, као и коришћење специфичних адаптација као основе у селекцији и генетичком инжењерству.

То је млада наука која се интензивно развија последњих година упоредо са астрономијом, космонаутиком, астрофизиком, астрохемијом, гравитационом биологијом, космичком медицином...[3]

Са настанком свемирског доба, створена је потреба за експериментисање и проучавање услова који владају у космосу, о коме је човека „сањао“ од сопственог постанка.[4][5][6] Космичким истраживањима, не врши се само истраживање физичких, метеоролошких и других услова, већ и основни биолошки механизми космичке средине [7]. На пример, космонаути су изложени микрогравитацији, космичком и сунчевом зрачењу итд, и због тога пате од губитка мишићне и коштане масе и поремећаја функција имунског система.[8][9]. Многи од ових ефеката слични су и могу се упоредити са онима на Земљи које уочавамо код људи током процеса старења.

Са повећањем броја и трајања појединих мисија (нпр. руски космонаут Валериј Пољаков боравио је 437 дана у космосу), истраживања о ефектима тих утицаја су од изузетног значаја, како би се утврдила изводљивост и безбедност дуготрајних свемирских мисија [10].

Део тих истраживања има такође фундаменталну улогу у изучавању улоге гравитације у еволуцији и развоју живота на Земљи.

Главне истраживачке активности, које су у фокусу космичке биологије, у области су проучавања ефеката микрогравитације на ћелије и инжењеринг експерименталног хардвера (у коме је кључна компонента хардвер модула у центрифуги која омогућава истраживања у орбити). Експерименти са једноћелијским културама спроводе се у свемирским лабораторијама у току; параболичних летова, у сондажним ракетама и на уређајима за симулацију микрогравитације (центрифугама) [11].

Нове науке о космосу[уреди]

  • Астробиологија је наука која проучава настанак, еволуцију, распрострањеност и будућност живота (биолошких система ) у свемиру; ванземаљског живота као и оног на Земљи . Ова мултидисциплинарна наука покрива трагање за настањивим окружењем у нашем Сунчевом систему, насељивим планетама ван њега, истраживање доказа о постојању пребиотских хемијских спојева, затим врши лабораторијске и теренске студије о пореклу и раном развоју земаљског живота, као и студије о могућности прилагођавања живих бића екстремним условима на нашој планети и космосу.
  • Космичка биологија
  • Космичка екологија грана је науке која проучава узајамне односе живих бића у космосу и однос живих бића према неживој природи и како преживети у космосу?
  • Космичка медицина грана је превентивне медицине и медицине рада и значајна компонента ваздухопловно-космичке безбедности и космичких истраживања. Потекла из ваздухопловне медицине, 1940-их она се убрзано развија као самостална грана медицине, али и даље тесно и нераскидиво сарађује са њом, како би испунила захтеве у заштити здравља, не само космонаута, већ и обичних грађана, и омогућила им будући боравак на новим, негостољубивим просторима космоса. Космичка медицина проучава утицај летења космичким летелицама и средине у којој се оне крећу на организам космонаута и у пракси примењује одређене методе превентивне медицинске заштите у спречавању негативног утицаја лансирања и боравка у космосу на живот и здравље човека, као и настанак ванредних догађаја и катастрофа, које карактерише велики губитак људских живота, материјалних добара и поремећај еколошких система.

Основне поставке[уреди]

Само живот који живимо у универзуму (једини живот за који знамо), је живот на Земљи, у свим његовим огромним разноликостима. Свако живо биће еволуирало је под заједничким утицајем Земљине гравитације атмосфера, и зрачења на различите начине.

Истраживање космоса подразумева „одвајање“ организама, укључујући и људи, из средине на Земљи на коју су се успешно адаптирали, и довођење у нову мање гостољубиву средину космоса. Окружење у космосу и на другим планетама знатно се разликују од оних на Земљи. Зато космичка биологија себи поставља безброј питања;

  • Могу ли се системи живих организама прилагодити и напредовати у космосу у дужем временском периоду?
  • Како се то може безбедно постићи?
  • Да ли постоје карактеристике могућег живљења у космосу, запамћене у генетском коду организама, и да ли се оне могу посматрати далеко од Земљиног окружења?
  • Који су то биолошки феномени који су повезани са променама у гравитационим сигналима - посебно они повезани са космосом и ванземаљским окружењем?.
  • Која је улога гравитације у регулисању сопствених система, што може дати пуније разумевање о томе како наша тело функционише на земљи?

Ово су само нека, од мноштва других специфичних питања, кој су области проучавањ космичке биологије.

Током последњих 30 година човековог летења космосом, откривено је да људи, биљке и животиње подлежу променама које су у непосредној вези са ефективним одсуство гравитације. Спровођењем контролисаних истраживања у условима вештачке околине којом створени услове живота слични оним у космосу, може се одредити колико се живи системи прилагођавају, развијају и еволуирају у овом виртуелном свету. Досадашња сазнања указује на то да се уз одговарајућу подршку, живот може успешно прилагодити и стаништима ван Земље. Када будемо овладали сазнањима како се ти системи мењају, као одговор на одсуство гравитације, потпуно ћемо разумети и живот на нашој планети.

Човеково прилагођавање микрогравитацији космоса мора да буде минимум у низу функција повезаних са здрављем, укључујући ту и додатну и брзу реадаптатацију организма на гравитацију Земље након слетања. Истраживања космичке биологије су зато од кључног значаја за одређивање који биолошких механизми селективно контролишу адаптацију на космичку животну средину. Са овим сазнањима, човек је у стању да осигура безбедност људи у току летења. Истраживања космичке биологије такође подржавају развој вештачких екосистема у свемирским летелицама и планетарним базама, које су од суштинског значаја за пружање дугорочне подршке системима за људска истраживање изван Земље.[14][15]

Сазнања космичке биологије такође нам помажу да разумемо како је живот на Земљи, еволуирао у сталном гравитационом окружењу. Животна еволуција захтевала је између мора, земљиште и ваздух посебне адаптивне механизме за превазилажење утицаја гравитације. Створене могућности да се проучава адаптације малих организама, кроз више генерација у космосу, у варијабилним гравитационим нивоима, пружа јединствени поглед у историју живота на Земљи.[16]

Прва биолошка истраживања у космосу[уреди]

Назив летелице Датум лета Трајање лета Врсте биолошких узорака Биолошко безбедносне карактеристике лета Реализација задатка
Други вештачких сателит око Земље 3. новембар
1957.
Пас Лајка Регистрација: ЕКГ, артеријског притиска, учесталости дисања, моторичке активности Сателит се због квара није вратио на Земљу
Други свемирски брод-сателит 19. август
1960.
1 дан Пси Стрелка и Белка, миш, семенке биљака, ћелијска култура, инсекти Регистрација: ЕКГ, артеријског притиска, дисања, температуре тела, мишићне активности Прве животиње које су се вратиле на Земљу из свемира
Трећи свемирски брод-сателит 1. децембар
1960
1 дан Пси Пчелка и Мушка, морско прасе, пацов, миш, семенке биљака Регистрација код паса; ЕКГ, артеријског притиска, дисања, температуре тела, мишићне активности (ЕМГ) Сателит се није вратио због техничкох проблема
Четврти свемирски брод-сателит 9. март
1961
1,5 час Пас Чернушка, миш, заморац, мува, семенке биљака, бактерије Регистрација; ЕКГ, дисања, сфигмограма Салтелит се безбедно спустио по завршетку програма
Пети свемирски брод-сателит 25. март
1961
1,5 час Пас Звездочка, морско прасе, мува, семенке биљака, бактерије, култура ткива Регистрација: ЕКГ, дисања, сфигмограма Салтелит се безбедно спустио по завршетку програма

Фундаментална космичка биологија (програм)[уреди]

Модул за центрифугу (ИСС) (НАСА), у коме се врши излагања биолошких узорака, микроорганизама, биљака, и малих животиње до величине пацова, утицају контролисаног нивоа гравитације од 0.001g до 2g, у космичким условима [17].
Пример из програма истраживања ФКБ [18]
Бројне студије су показале да космички лет слаби имунски систем, чинећи космонауте подложније болестима. Салмонела је водећи узрок око 2 до 4 милиона случајева гастроинтестиналниих болести сваке године у САД. Иако је ретко фаталне на Земљи, инфекција салмонелом може бити катастрофалне у космосу, са потенцијалом да угрози здравље и живот посади и поремети мисију и обезвреди милионе уложених долара.
Истраживач Черил Никерсон, са сарадницима, излагао је културу ћелија заражену салмонелом условима микрогравитације и нормалним условима гравитације, а потом са њом заразио две групе мишева. Мишеви инфицирани културом микроба одгајеном у симулираним условима микрогравитације угинули су три дана раније него контрола група мишева. Истраживачи су такође пронашли већи број микроба култивисаних у симулираним условима микрогравитације у јетре и слезини код експерименталних мишева, што значи да симулирана микрогравитација побољшава вирулентност бактерија
Значај:

Ова истраживања космичке биологије, постављају научне основе за развој нових лекова и вакцина за лечење и спречавање инфекција салмонелом

Фундаментална космичка биологија (ФКБ) је НАСА-ин програм који окупља научнике са универзитета широм Земље и у НАСА - центарима, за проучавање основних биолошких процеса на земљи и у току космичких лететова, заснованог на основама мултидисциплинарног приступа овом истраживању.

Окупљањем многобројних научника и технологија на једном месту, НАСА-ин програм покушава да одговори на најосновније питања која су повезана са еволуцијом, развојем и функцијама живих система какао на земљи тако и за време дуготрајног боравка у космосу [18].

Циљеви програма[уреди]

Фундаментална космичка биологија настоји да прошири наша сазнања о основним биолошким процесима и њиховим механизмима преко којих ови процеси делују, реагују, или се прилагођавају космичкој животној средини. Захваљујући материјалним, кадровским и техничким ресурсима НАСА-ине агенције, омогућено је научницима из области космичке биологије и многих других грана науке, да спроведу своја истраживања на људима, и другим организмима, у космосу и на тај начин постигну напредак у реализацији основних принципа у биолошким наукама, који могу бити од великог значаја за будућа путовања и дуготрајан боравак и живот у космосу.

Основне поставке на које покушава да у својим истраживањима одговори фундаментална космичка биологија кроз свој програм, заправо су ова кључна питања:

  • Како космос утиче на живот у његовом најосновнијем облику, почев од гена у ћелији?
  • Како дуготрајни боравак у космосу утиче на организам?
  • Идентификовати микрогравитацијом изазваних болести (нпр. остеопорозе, мишићне атрофије, срчаних проблема и др), и дефинисање нових терапија за превенцију и лечење ових болести, од које ће имати користи како космонаути, тако и људи на Земљи, на крају [19].
  • Како космичка средина утиче на поједине развојне циклусе и њихове функције у организму?
  • Како реагују поједини системи у организму и које су њихове промене и међусобне интеракција у космичкој средини?

Област истраживања[уреди]

Фундаментална космичка биологија је тренутно своја истраживања (финансиски подржана од од 2000. од стране НАСЕ и других научних установа у свету) усмерила у следећих шест различитих области:

Молекуларне структуре и физичке интеракције[уреди]

Ова област изучава физичке ефекте летења космосом на ћелије и организме. Бројне физичке интеракције у космосу могу да утичу на размену гасова, промене у пренос топлоте, и поремећај дифузије и метаболичке процесе.

Зато истраживања у овој области имају за циљ да утврда како биофизички ефекати гравитације мењају раст, развој и функције једноћелијски и вишећелијских организама?

Ћелијска и молекуларна биологија[уреди]

Главни зататак ћелијске и молекуларне биологије је да истражи генске, молекуларне и ћелијске нивое и открије специфичне промене које могу у ћелији настати у условима микрогравитације, и помогну у разумевању молекуларних механизама који изазивају ове ефекте.

Зато истраживања у овој области треба да открију међусобну повезаност промена у гравитационој сили и другим факторима у космосу и како они могу директно или индиректно да утичу, на ћелије, једноћелијских организама, тако и на поједина ткива и како она реагују на космичку животну средину на генетском, молекуларном и ћелијском нивоу?

Развојна биологија[уреди]

Развојна биологија има задатак да истражи и утврди улогу гравитације на нормалан развој и функције организма, фазе живота (од пуне зрелости до смрти), као и друге учинке космичке животне средине на способност организама да се репродукује, као и способност да произведе наредну генерацију?.

Зато је од кључног значаја за ову област, изучавање механизама којима космичка средина може утицати на развој наредних генерација. Такође, и да истражи утицај космичке животне средине на понашање јединке, трајање животног века и процесе старења.

Компаративна биологија организма[уреди]

У овој области, компаративни приступ се користи за разумевање како организам трансдукује, опажа, интегрише или одговора на гравитациону силу, и да истражи ефекте хипер и хипо гравитације на развојне, регенеративне, и репродуктивне процесе и регулисање физиолошких система (нпр. нервног, мишићно-скелетног, кардиоваскуларног), и да проучи у каквој су интеракцији гравитација и други фактори космичке животне средине.

Компаративна биологија организма истиче физиолошке, мобилне, и молекуларне механизме дејства гравитације и свемирски летова на раст, развој, састав и физиолошке и бихевиоралне функције животиња и виших биљака преко филогенетских скала.

Еволуциона биологија[уреди]

Ова област има за циљ да разуме улогу гравитације у процесима биолошке еволуције. Истраживања су тако дизајнирана да укажу на основне механизме и путеви који су утицали на развој вишећелијских организама на Земљи и испита процесе који омогућавају организму да се развија и одговори на промене у окружењу.

Гравитациона екологија[уреди]

Циљ истраживања гравитационе екологије је да схвати како гравитација и други фактори у универзуму утичу на структуру, функцију и стабилност екосистема, посебно оних у космичким летелицама или у планетарним стаништима.

Од посебног интереса за гравитациону екологију су истраживања микробиолошких популација или заједница.

Спровођењем еколошких истраживања на различитим нивоима утврђује се интензитет изложености и врста космичких штетних фактора, и одређује њихов утицај на екосистеме, а истовремено и проверава учинак система заштите летелице и заштитних средстава људске посаде од штетних фактора космоса.

Види још[уреди]

Референце[уреди]

  1. ^ Јован М Давидовић, Како је човек полетео, Издавач Аутор, Београд, 2008
  2. ^ Space biology The free dictionary, 2013.
  3. ^ Cosmic Biology - How Life Could Evolve on Other Worlds - L. Irwin, et al., (Springer, 2011);
  4. ^ The Influence of Gravity on Life, E.R. Holton, in Evolution of Planet Earth: Impact of the Physical Environment, Lynn Rothschild, Adrian Lister, eds. 2003.
  5. ^ Life into Space, vol. 1, 1965-1990. NASA RP-1372, 1995.
  6. ^ Life into Space, vol. 2, 1991-1998, NASA/SP–2000-534,2000.
  7. ^ ((en)) Fundamental space biology Accomplishments Report 2000–2002
  8. ^ Michael Delp Texas A&M University, TX Arterial Remodeling and Functional Adaptations Induced by Microgravity Organismal and Comparative Biology 2000, 2001, 2002
  9. ^ Barbara Wold California Institute of Technology, CA Discovery and Definition of the Microgravity Transcriptome, with Application to Muscle Atrophy and Regeneration Processes, Cellular and Molecular Biology 2001, 2002
  10. ^ Edward Schultz University of Wisconsin, WI Skeletal Muscle Growth and Repair during Microgravity Cellular and Molecular Biology 2000, 2001, 2002
  11. ^ Ning Wang Harvard Univerity, MA Control of Cell Mechanics and Function by Cell Microenvironment Cellular and Molecular Biology 2001, 2002
  12. ^ Francis LeBlanc (2010). An Introduction to Stellar Astrophysics (1 ed. ed.). Wiley. ISBN 0470699566. 
  13. ^ Eddington, A. S. (1988) [1926]. Internal Constitution of the Stars. New York: Cambridge University Press. ISBN 0521337089. .
  14. ^ F. Hoyle and C. Wickramasinghe, Our Place in the Cosmos, J.M. Dent, (1993)
  15. ^ F. Hoyle and N.C. Wickramasinghe, Astronomical Origins of Life: Steps Towards Panspermia, Kluwer Academic Press, (2000)
  16. ^ - L. Irwin, et al. Cosmic Biology - How Life Could Evolve on Other Worlds, (Springer, 2011)
  17. ^ ((en)) Space Station User's Guide ISS Elements: Centrifuge Accommodation Module (CAM), Приступљено 9. 4. 2013.
  18. ^ а б ((en)) Fundamental Space Biology (FSB) is NASA's
  19. ^ J. Pietsch, J. Bauer, M. Egli, M. Infanger, P. Wise, C. Ulbrich, D. Grimm. The Effects of Weightlessness on the Human Organism and Mammalian Cells pp.350-364 (15)

Литература[уреди]

  • The International Journal of Astrobiology, published by Cambridge University Press, is the forum for practitioners in this interdisciplinary field.
  • Astrobiology, published by Mary Ann Liebert, Inc., is a peer-reviewed journal that explores the origins of life, evolution, distribution, and destiny in the universe.
  • Dick, Steven J.; James Strick (2005). The Living Universe: NASA and the Development of Astrobiology. Piscataway, NJ: Rutgers University Press. ISBN 0-813-53733-9. 
  • Grinspoon, David (2004) [2003]. Lonely planets. The natural philosophy of alien life. New York: ECCO. ISBN 0-060-18540-6. 
  • Jakosky, Bruce M. (2006). Science, Society, and the Search for Life in the Universe. Tucson: University of Arizona Press. ISBN 0-816-52613-3. 
  • Lunine, Jonathan I. (2005). Astrobiology. A Multidisciplinary Approach. San Francisco: Pearson Addison-Wesley. ISBN 0-805-38042-6. 
  • Gilmour, Iain; Mark A. Sephton (2004). An introduction to astrobiology. Cambridge: Cambridge Univ. Press. ISBN 0-521-83736-7. 
  • Ward, Peter; Brownlee, Donald (2000). Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe. New York: Copernicus. ISBN 0-387-98701-0. 
  • Mauclaire L, Egli M. Effect of simulated microgravity on growth and production of exopolymeric substances of Micrococcus luteus space and earth isolates. FEMS Immunol Med Microbiol. 2010 Aug;59(3):350-6. Epub 2010 Apr 14.
  • Ulbrich C, Westphal K, Pietsch J, Winkler HD, Bauer J, Kossmehl P, Egli M, Grosse J, Schoenberger J, Infanger M, Paul M, Grimm D. Characterization of human chondrocytes exposed to simulated microgravity. J Cell Physiol Biochem. 2010;25(4-5):551-60. Epub 2010 Mar 23.
  • A.S.N. Reddy Colorado State University, CO Gravity-Induced Changes in Gene Expression in Arabidopsis Cellular and Molecular Biology 2000
  • Francis LeBlanc (2010). An Introduction to Stellar Astrophysics (1 ed. ed.). Wiley. ISBN 0470699566. 

Спољашње везе[уреди]

Викиостава
Викимедијина остава има још мултимедијалних датотека везаних за: Космичка биологија



Star of life.svg     Молимо Вас, обратите пажњу на важно упозорење
у вези са темама из области медицине (здравља).