Учение о реактивности организма, базирующееся на классических положениях творцов этого учения Н.Е. Введенского и А.А. Ухтомского, приобретает в космической физиологии ведущее значение. Различные по характеристике раздражители в зависимости от исходного функционального состояния могут обусловливать одинаковый эффект, и наоборот, один и тот же раздражитель может вызвать различные эффекты.
Под влиянием экстремальных воздействий, совместимых с нормальной жизнедеятельностью, возникает адаптивная перестройка функций, которая раздвигает границы существования организма, приводит к смещению зоны оптимума и к ослаблению зависимости от внешних условий. Появляется новый функциональный уровень жизнедеятельности, предопределяющий новые особенности реакций организма как на непосредственное экстремальное воздействие, так и в период восстановления функций до исходного уровня.
Следует подчеркнуть значение новых методов обработки биологической информации, в частности кибернетических и математических. При обработке полученных данных обычными способами извлекается только часть полезной информации. Обращаясь с новых позиций к материалам, удается находить все новые интересные факты, приобретающие особую ценность при их сравнении с данными более поздних полетов. Например, так называемая космическая аритмия – феномен повышенной колеблемости пульса у животных и людей в условиях невесомости. Этот феномен связан с относительным усилением тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы.
Новый этап физиологических исследований в космосе был начат полетом корабля «Восход», пилотируемого командиром корабля космонавтом В.М. Комаровым. В составе экипажа был также врач Б.Б. Егоров, и это позволило впервые применить функционально и конструктивно самостоятельную систему медицинских исследований.
Кроме того, новейшие методики обследований человека на борту корабля позволили обнаружить отдельные функциональные проявления после завершения полета: ортостатическая неустойчивость (значительное изменение сосудистого тонуса при переходе тела из горизонтального положения в вертикальное), изменения картины крови (уменьшение массы эритроцитов, уменьшение продолжительности жизни эритроцитов), изменения вводно-минерального обмена (баланса жидкостей и кальция). Предотвращение этих нарушений – важнейшая задача космической медицины. Как показали исследования, эффективными средствами повышения устойчивости организма к влиянию экстремальных являются, в частности, высокогорная тренировка и физическая подготовка.
Итак, космическая биология – комплексная научная дисциплина, охватывающая совокупность общебиологических, биофизических, биохимических, физико-химических, математических, астрофизических, геофизических, инженерно-конструкторских и др. исследований, направленных на изучение и решение таких проблем, как происхождение, наличие, распространение, особенности эволюции живой материи (возможно инопланетного происхождения) во Вселенной; особенности жизнедеятельности и поведения земных организмов в условиях космического пространства, на других небесных телах или при полетах на космических аппаратах; построение искусственной среды обитания на космических кораблях (КК) и орбитальных станциях на основе использования различных биологических объектов.
Космическая биология тесно связана с космической медициной, ее подразделом является космическая радиобиология. Исследования в космобиологии базируются на классических трудах русских и советских ученых К.А. Тимирязева, В.И. Вернадского, В.В. Докучаева, И.П. Павлова, И.М. Сеченова, разрабатывавших различные аспекты взаимодействия организмов с внешней средой и пути приспособления организмов к изменяющимся условиям среды. Велико также значение теоретических и экспериментальных данных по сравнительной физиологии (Л.А. Орбели), климатофизиологии (К.М. Быков) и особенно авиационной физиологии и гигиене. Основы этих исследований были заложены еще во время второй мировой войны.
Космическое пространство резко отличается от среды, в которой обитают живые организмы в пределах биосферы Земли: низкая плотность вещества, отсутствие молекулярного кислорода, высокая интенсивность биологически активного излучения, резкие колебания температуры и метеорные потоки полностью исключают возможность жизнедеятельности высокоорганизованных представителей живого мира в незащищенном состоянии. Весьма специфичны условия обитания в кабине КК в результате воздействия вибраций, шума, ускорений, невесомости, изоляции.
Таким образом, необходимо решать задачи совершенствования биотехнических систем жизнеобеспечения, разрабатывать средства и методы повышения устойчивости организмов в космических полетах, что крайне важно для обеспечения более длительных полетов человека и его земных спутников (растения, животные).
Первым этапом биологических исследований на ракетах в конце 40-х и начале 50-х гг. в условиях, близких к космическому полету, явились многократные полеты собак и других животных на ракетах на высоту до 450 км. Впервые были разработаны устройства для жизни животных в герметических кабинах (или спец. скафандрах), а также дистанционные методы регистрации поведенческих и физиологических реакций животных на условия полета (демонстрация музейных экспонатов: механизма передачи физиологических функций животных по радио – схема; катапультируемой тележки для подопытных животных с регистрирующей и физиологической аппаратурой и парашютом).
Полученные экспериментальные данные позволили положительно решить вопрос о переносимости высокоорганизованными животными продолжительного действия ускорений и невесомости.
Биологические эксперименты при полетах КК проводились на собаках, крысах, мышах, морских свинках, лягушках, мухах-дрозофилах, высших растениях (традесканция, семена пшеницы, гороха, лука, кукурузы, проростки растений на разных стадиях развития), на икре улитки, одноклеточных водорослях (хлорелла), культуре тканей человека и животных, бактериальных культурах, вирусах, фугах, некоторых ферментах. Важными для дальнейшего исследования в области экофизиологии явились эксперименты на советском биологическом искусственном спутнике Земли «Космос-110» с двумя собаками на борту (1966) и на американском биоспутнике «Биос-3» с обезьяной на борту (1969). По исследованию влияния на биологические объекты ионизирующего излучения радиационного пояса Земли эксперименты проводились на черепахах, кишечной палочке, дрозофилах (1968-1970 гг.).
В серии этих и других экспериментов было установлено, что невесомость несколько снижает переносимость организмом физических напряжений и затрудняет реадаптацию к нормальной гравитации, но не обладает мутагенной активностью, по крайней мере, в отношении генных и хромосомных мутаций. Исследования в области космической биологии и впредь будут крайне необходимы при биологической разведке новых космических трасс, разработке биотелеметрии, «сжатии» биологической информации и особенно при выборе биологических объектов (автотрофных и гетеротрофных) для замкнутых биотехнических систем.
В 1972 г. подписано соглашение между СССР и США о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях, а также в области космической биологии и медицины.
В задачу космической медицины входят: исследование влияния на организм человека факторов космического полета, устранение их неблагоприятных воздействий, разработка соответствующих профилактических мер и средств; разработка физиолого-гигиенических требований к системам жизнеобеспечения и к средствам спасения членов экипажа при возникновении аварийных ситуаций; профилактика и лечение заболеваний в космическом полете; разработка клинических и психофизиологических методов отбора и подготовки космонавтов (демонстрация музейных стендов, посвященных тренировкам космонавтов, чертежей профилактических нагрузочных костюмов, аварийно-спасательных скафандров, различных экспонатов бытовой техники: система водообеспечения, массметры, сборник конденсата, поглотитель углекислого газа, бортовой подогреватель пищи, прибор «градус», холодильная камера, беговая дорожка; других предметов быта: продукты питания, инструменты, лекарства и др.).
Можно быть уверенным, что опыт, накопленный космической биологией и медициной, явится достаточно надежной предпосылкой успехов в этом направлении. Сбывается предсказание К.Э. Циолковского: «Человек будет жить и работать в космосе».
Группам учащихся (во главе с учеником-руководителем) предлагается поработать с экспонатами музея, выполнить ряд заданий. Задания могут быть различного характера и уровня сложности. Приведем пример нескольких вариантов заданий.
Задание №1.
1. Проанализируйте инструкцию по рациону питания космонавтов (музейный экспонат). Переписать ее.