КОСМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ

КОСМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ комплекс преим. биологических наук, изучающих: 1) особенности
жизнедеятельности земных организмов в условиях космич. пространства и при
полётах на космич. летательных аппаратах (космическая физиология, экофизиология
и эко-биология); 2) принципы построения биол. систем обеспечения жизнедеятельности
членов экипажей космич. кораблей и станций (замкнутых экологич. систем);
3) внеземные формы жизни (экзобиология). К. б.- синтетич. наука, собравшая
в единое целое достижения различных разделов биологии, авиац. медицины,
астрономии, геофизики, радиоэлектроники и мн. др. наук и создавшая на их
основе собств. методы исследования. Работы по К. б. ведутся на различных
видах живых организмов, начиная с вирусов и кончая млекопитающими. Для
исследований в космич. пространстве в СССР уже использовано св. 56, а в
США св. 36 видов биол. объектов.

В формировании
науч. основ К. б., как и космической медицины, большую роль в СССР
сыграли исследования Л. А. Орбели, В. В. Стрельцова, Н. М. Доброт-ворского,
А. П. Аполлонова, Н. М. Си-сакяна, А. В. Лебединского, В. В. Ларина, В.
Н. Черниговского, О. Г. Газенко и др.; в США - X. Армстронга, Р. Лав-лейса,
X. Штругхольда, Д. Фликинд-жера, П. Кэмпбелла, А. Грейбила и др.; во Франции
- Р. Гранпьера; в Италии - Р. Маргарин; в ФРГ - Ю. Ашоф-фа, О. Гауэра.
В проведении биол. исследований в космич. пространстве, помимо СССР и США,
участвуют также Франция, Италия и ФРГ. Однако наиболее значит, вклад в
развитие К. б. сделан трудами учёных СССР и США. Первые биол. эксперименты
в верх, слоях атмосферы и в космосе с использованием возд. шаров начались
в СССР и США в 1930-х гг. Кульминационным пунктом того периода явились
генетические эксперименты, проведённые в 1935 на стратостатах «СССР-1-бис»
и «Эксплорер-2» - США. Это была попытка выявить влияние космич. радиации
на процессы мутагенеза.

Первоочередная
задача К. б. - изучение влияния факторов космич. полёта (ускорение, вибрация,
невесомость, изменённая газовая среда, ограниченная подвижность и полная
изоляция в замкнутых герметич. объёмах и др.) и космич. пространства (вакуум,
радиация, уменьшенная напряжённость магнитного поля и др.). Исследования
по К. б. ведутся в лабораторных экспериментах, в той или иной мере воспроизводящих
влияние отд. факторов космич. полёта и космич. пространства. Однако наиболее
существенное значение имеют лётные биол. эксперименты, в ходе к-рых можно
изучить влияние на живой организм комплекса необычных факторов внеш. среды.

По мере подъёма
на высоту прежде всего изменяются условия дыхательного газообмена. Так,
уже на высоте 15 км при барометрич. давлении ок. 87 мм рт.
ст. дыхание невозможно даже при вдыхании чистого кислорода. На высоте
19,2 км в организме теплокровных животных начинается «закипание»
жидкостей, т. к. барометрич. давление становится равным давлению водяных
паров в жидких средах организма при 37 ⁰С. На высоте 36-40 км
вышележащий
слой атмосферы оказывается недостаточным для поглощения первичного космич.
излучения и начинает проявляться его биол. поражающее действие, а также
воздействие ультрафиолетовых (УФ) лучей с дл. волны 3000-2100А. Однако
вследствие слабой проникающей способности УФ радиации герметич. кабина
космич. корабля достаточно надёжно защищает находящиеся в ней биол. объекты
от её действия. На вые. 100-120 км и более от поверхности Земли
возникает, хотя и незначительная, опасность встречи с метеоритами. Еще
выше, в связи с практически полным отсутствием атмосферы, исключаются условия
для распространения звуковых волн, исчезает явление рассеяния света и создаются
резкие контрасты между освещёнными и затенёнными поверхностями; затруднено
восприятие пространства, его глубины. На искусств, спутнике Земли (ИСЗ)
возникает состояние динамич. невесомости, т. к. сила притяжения Земли уравновешивается
равной ей центробежной силой, развивающейся при полёте по орбите.

Первым этапом
биол. исследований, проводимых в СССР и США в 40-50-х гг. 20 в. в условиях,
близких к космич. полёту, явились многократные полёты собак, обезьян и
др. животных в ракетах на вые. до 500 км. В ходе этих опытов изучались
возможности создания необходимых условий для жизни животных при полётах
в герметич. кабинах (или в спец. скафандрах в негерметич. кабинах), разрабатывались
средства и методы, обеспечивающие безопасность полёта, катапультирования
и парашютирования с больших высот, изучалось биол. действие первичного
космич. излучения. Полученные данные позволили сделать вывод о переносимости
высокоорганизованными животными режимов ускорений при ракетном полёте и
состояния динамич. невесомости длительностью до 20 минут. Следующим этапом
биол. исследований в космич. полётах явился длительный полёт собаки Лайки
на сов. ИСЗ-2. Третий этап был связан с созданием возвращаемых на Землю
космич. кораблей-спутников (К КС), позволивших резко расширить программу
исследований за счёт включения в «экипаж» кораблей ряда новых биол. объектов,
а также провести многомесячные исследования животных и растит, объектов
после полёта. Лётные эксперименты ставились на собаках, крысах, мышах,
мор. свинках, лягушках, мухах-дрозофилах, высших растениях (традесканция,
семена пшеницы, гороха, лука, кукурузы, нигеллы, проростки растений в разных
стадиях развития), на икре улитки, одноклеточных водорослях (хлорелла),
культуре тканей человека и животных, бактериальных культурах, вирусах,
фагах, нек-рых ферментах и др. Во время полёта в кабине поддерживались
нормальные барометрич. давление (760± 10 мм рт. ст.) и темп-pa (18±3
°С); содержание кислорода колебалось от 20 до 24%, относительная влажность
воздуха - от 35 до 50% . Культуры тканей и др. биол. объекты находились
в термостате с автоматич. регулированием темп-ры. Собаки получали в автоматич.
кормушках желеобразную пищу; мелкие лабораторные животные имели свободный
доступ к пище и воде. Нек-рые биол. объекты для повышения их чувствительности
к облучению содержались в атмосфере, обогащённой кислородом. У собак методом
радиотелеметрии регистрировали электрокардиограмму (ЭКГ), артериальный
пульс, пневмограмму, фо-нокардиограмму, электромиограмму, сейсмограмму,
темп-ру тела, двигательную активность, поведение (по данным телевизионного
наблюдения). Во всех опытах выделялись группы контрольных животных, подвергавшихся
тем же воздействиям, что и подопытные, за исключением невесомости.

На участке
выведения на орбиту у всех собак обнаружены типичные для действия ускорений
учащение пульса и дыхания, постепенно исчезавшие после перехода корабля
на орбитальный полёт. Наиболее важный непосредств. эффект действия ускорений
- изменения лёгочной вентиляции и перераспределение крови в сосудистой
системе, в т. ч. в малом круге, а также изменения в рефлекторной регуляции
кровообращения. Нормализация пульса после воздействия ускорений в невесомости
происходит значительно медленнее, чем после испытаний на центрифуге в условиях
Земли. Как средние, так и абс, значения частоты пульса в невесомости были
ниже, чем в соответствующих моделирующих опытах на Земле, и характеризовались
выраженными колебаниями. Анализ двигательной активности собак показал довольно
быструю адаптацию к необычным условиям невесомости и восстановление способности
к координированным движениям. Такие же результаты были получены и в экспериментах
на обезьянах. Исследованиями условных рефлексов у крыс и мор. свинок после
возвращения их из космич. полёта установлено отсутствие изменений по сравнению
с предполётными опытами.

Биохим. исследованиями
крови и мочи собак, крыс и мышей, возвратившихся из полёта, установлены
нек-рые преходящие изменения, соответствующие проявлению стресс-реакций
(см. Адаптационный синдром). У двух собак, совершивших космич. полёт
на К КС-2, после полёта установлены волнообразные колебания иммунологич.
реактивности с периодами депрессии и активации. Подобные, но менее выраженные
колебания найдены и у собак, летавших на К КС-4 и К КС-5. Цитологич. и
гисто-логич. методами у мышей, летавших на К КС-2, обнаружено увеличение
хромосомных перестроек в клетках костного мозга, появление юных форм, нек-рое
угнетение кроветворения. Важными для дальнейшего развития экофизиол. направления
исследований явились эксперименты на сов. биоспутнике«Космос-110» с двумя
собаками на борту (1966) и на амер. биоспутнике «Биос-3», на борту к-рого
находилась обезьяна (1969). Во время 22-суточного полёта собаки впервые
подвергались не только влиянию неизбежно присущих космич. рейсу факторов,
но и ряду спец. воздействий (раздражение синусного нерва электрич. током,
пережатие сонных артерий и т. д.), имевших целью выяснить особенности нервной
регуляции кровообращения в условиях невесомости. Кровяное давление у животных
регистрировалось прямым путём (катетеризация сосудов). Трасса спутника
«Космос-110» на каждом витке входила во внутр. радиационный пояс Земли.
Вследствие
этого на борту проводились дозиметрич. измерения. Послеполётные исследования
и анализ полученной информации показали, что длительный космич. полёт сопровождается
у высокоорганизованных млекопитающих развитием детренированности сердечнососудистой
системы, нарушением водно-солевого обмена, в частности значит, уменьшением
содержания кальция в костях (декальцинация).

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 нек-рых физиол. процессов. Последовавшая вскоре после
досрочного окончания полёта смерть животного была, по мнению ряда специалистов,
обусловлена влиянием невесомости, к-рая привела к перераспределению крови
в организме, потере жидкости и нарушению обмена калия и натрия.

Генетич. исследования,
проведённые в орбитальных космич. полётах, показали, что пребывание в космич.
пространстве оказывает стимулирующий эффект на сухие семена лука и нигеллы
(более быстрое прорастание и развитие сеянцев). Ускорение деления клеток
было обнаружено на проростках гороха, кукурузы, пшеницы. В культуре устойчивой
к радиации расы актиномицетов оказалось в 6 раз больше выживших спор и
развивавшихся колоний, чем в контроле, тогда как в чувствительном к радиации
штамме произошло снижение соответствующих показателей в 12 раз.

На дрозофилах
после полёта было проведено сравнение с контролем частоты летальных мутаций
в Х-хромосоме, ведущих к ранней смерти, а также часто-ты первичного
нерасхождения хромосом. Анализ статистически достоверного увеличения частоты
сцепленных с полом рецессивных летальных мутаций, проведённый с сопоставлением
суммарной дозы облучения во время полётов и с оценкой результатов специально
поставленных наземных опытов, показал, что установленные генетич. изменения
нельзя объяснить только действием радиации. Следует предполагать комбинированное
действие всех факторов полёта, в частности динамических (ускорения, невесомость,
вибрации). Возможно, что нек-рые факторы сенсибилизируют организм к одноврем.
действию других. Так, при проведении биол. экспериментов на амер. биоспутнике
"Биос-2" (1967), на борту к-рого находился искусств, источник гамма-излучения,
было установлено, что невесомость у одних биообъектов повышала радиочувствительность,
у других - снижала.

След, этапом
в осуществлении программы биол. исследований в космосе явились эксперименты,
проведённые на трассе Земля - Луна - Земля. Опыты на этой трассе сделали
возможным изучение (при отсутствии экранирующего влияния магнитных полей
и атмосферы Земли) биол. эффектов ионизирующих излучений радиац. поясов
Земли, а также тяжёлой компоненты первичного космич. излучения и протонов
солнечных вспышек. Исследования осуществлялись при полётах сов. автоматич.
станций серии «Зонд» с сент. 1968 по окт. 1970. На борту станций размещали
черепах, дрозофил, лук репчатый, семена растений, разные штаммы хлореллы,
кишечной палочки и др. биол. объекты. Суммарная доза облучения во всех
полётах была примерно одинаковой. После возвращения на Землю черепахи были
активны: много двигались и ели. Исследования нек-рых показателей крови
(количество лейкоцитов, эритроцитов, гемоглобина) и ЭКГ не выявили существенных
отличий у животных, побывавших в космосе, по сравнению с контрольными.
Полёт стимулировал рост и развитие семян пшеницы, ячменя, лука, появление
в них хромосомных нарушений. Эти изменения, как правило, не отличались
от сдвигов, зарегистрированных в биол. объектах, побывавших на низких околоземных
орбитах. Относительно большое число перестроек хромосом отмечалось у семян
сосны, ячменя, увеличение числа мутантов - у хлореллы.

Комплекс экспериментов
с различными биообъектами (семена, высшие растения, икра лягушек, микроорганизмы
и т. д.) был проведён на сов. ИСЗ "Космос-368" (1970), К КС «Союз» и первой
в мире орбитальной станции «Салют» (1971); зап.-герм, эксперимент с мед.
пиявками - на высотных ракетах США и Франции (1970), совместный итало-амер.
эксперимент с лягушками - на спутнике OFA (1970); микробиологический эксперимент
на поверхности Луны был выполнен экипажем амер. космич. корабля «Аполлон-16»
(1972).

В результате
проведённых биол. исследований на высотных и баллистич. ракетах, ИСЗ, К
КС и др. космич. летательных аппаратах установлено, что человек может жить
и работать в условиях космич. полёта сравнительно продолжительное время.
Показано, что невесомость снижает переносимость организмом физич. нагрузок
и затрудняет реадапта-цию к условиям нормальной (земной) гравитации. Важный
результат биол. исследований в космосе - установление того факта, что невесомость
не обладает мутагенной активностью, по крайней мере в отношении генных
и хромосомных мутаций. При подготовке и проведении дальнейших экофизиол.
и экобиол. исследований в космич. полётах осн. внимание будет уделено изучению
влияния невесомости на внутриклеточные процессы, биол. эффектам тяжёлых
частиц с большим зарядом, суточной ритмике физиол. и биологич. процессов,
комбинированным воздействиям ряда факторов космич. полёта.

След, важнейшая
проблема К. б. (как и космич. медицины) - разработка биол. основ и принципов
обеспечения нормальной жизнедеятельности человека в условиях длительного
пребывания в космосе. Лишь на этой основе может быть создана эффективная
система жизнеобеспечения (см. Жизнеобеспечение в космическом полёте).

Экспериментальное
подтверждение отсутствия жизни на Луне (осн. на изучении лунного грунта)
- первый важный результат в области след, раздела К. б.- экзобиологии.

Исследования
по К. б. позволили разработать ряд защитных мероприятий и подготовили возможность
безопасного полёта в космос человека, что и было осуществлено полётами
сов., а затем и амер. 'кораблей с людьми на борту. Значение К. б. этим
не исчерпывается. Исследования в области К. о. будут и впредь особенно
нужны для решения ряда вопросов, в частности для биол. разведки новых космич.
трасс. Это потребует разработки новых методов биотелеметрии, создания
вживляемых устройств для малой телеметрии (от объекта до бортового передатчика),
превращения различных видов возникающей в организме энергии в необходимую
для питания таких устройств электрич. энергию, новых методов «сжатия» информации
и др. Чрезвычайно важную роль К. б. сыграет и в разработке необходимых
для длительных полётов биокомплексов, или замкнутых экологических
систем с автотрофными и гетеротрофными организмами.

Первая публикация
о результатах сов. биол. экспериментов в космосе была сделана в 1956. Материалы
по биол. и мед. исследованиям издаются в СССР в сб-ках трудов Ин-та медико-биологич.
проблем Мин-ва здравоохранения СССР, в журнале АН СССР «Космические исследования»,
в многотомном издании «Проблемы космической биологии», в журналах «Космическая
биология и медицина», «Авиация и космонавтика» и др., за рубежом - в периодич.
изданиях «Aerospace Medicine», «Bioscience», «Rivista di Medicina Aeronauticae
Spaziale», «Space Flight», «Space Life Sciences».

Космос становится
ареной междунар. сотрудничества. Это распространяется и на К. б. СССР проводит
совместные исследования в области К. б. с социалистич. странами по программе
«Интеркосмос». Ведётся работа по созданию совместного сов.-амер. труда
«Основы космической биологии и медицины». В 1972 подписано соглашение между
пр-вами СССР и США о сотрудничестве в исследовании и использовании космич.
пространства в мирных целях, к-рое предусматривает, в частности, сотрудничество
в области К. б.

Лит.: Циолковский
К. Э., Путь к звёздам, М., 1960; Газенко О. Г., Некоторые проблемы космической
биологии, «Вестник АН СССР», 1962, № 1; Сисакян Н. М., Газенко О. А. М.,
Проблемы космической биологии, в кн.: Проблемы космической биологии, т.
1, М., 1962; Парин В. В., Баевский Р. М., Некоторые проблемы современной
биологической телеметрии, «Физиологический журнал СССР», 1964, т. 50, №
8; Газенко О. Г., Космическая биология, в кн.: Развитие биологии в СССР,
М., 1967; Газенко О.Г., Парфенов Г. П., Результаты и перспективы исследований
в области космической генетики, «Космическая биология ц медицина», 1967,
т. 1, № 5; Adey W. R., Hahn P. M., Introduction - Biosatellite III results,
«Aerospace Medicine», 1971, v. 42, № 3, p. 273-80; Grandpierre R., Space
biology tests in March 1967. [Les experiences de biologie spatiale de
Mars 1967], «Revue de medicine aeronautique et spatiale», 1968, t. 7, p.
217 - 219; Jen kins D. W., USSR and US bioscience, «Bioscience», 1968,
v. 18, № 6, p. 543; Lptz R. G. A., Extraterrestrische Biologie, «Umschau
in Wissenschaft und Technik», 1972, Jg. 72, H. 5, S. 154-57; Young R. S.,
Biological experiments in space, «Space Science Reviews», 1968, v. 8, №
5-6,
p. 665-89. В. В. Парин.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я