კოსმოსური ბიოლოგია

კოსმოსური ბიოლოგია — ბიოლოგიის სხვადასხვა დარგის ერთობლიობა, რომელიც შეისწავლის: 1. ორგანიზმთა ცხოველმოქმედების თავისებურებებს კოსმოსის პირობებში (კოსმოსური ფიზიოლოგია, ეკოფიზიოლოგია, ეკობიოლოგია), 2. კოსმოსური ხომალდებისა და სადგურების ეკიპაჟის წევრთა ცხოველმოქმედებისათვის საჭირო ბიოლოგიური სისტემების აგებულების პრინციპებს და 3. სიცოცხლის არამიწიერ ფორმებს. კოსმოსური ბიოლოგია აერთიანებს ბიოლოგიის სხვადასხვა დარგის, საავიაციო მედიცინის, ასტრონომიის, გეოფიზიკის, რადიოელექტრონიკისა და სხვა მეცნიერებათა მიღწევებს. ცდებისა და დაკვირვებებისათვის იყენებენ ვირუსებს, მიკრობებს, უმდაბლეს და უმაღლეს მცენარეებსა და ცხოველებს. პირველი გამოკვლევები, რისთვისაც იყენებდნენ საჰაერო ბურთებს, ჩატარდა სსრკ-სა და აშშ-ში საუკუნის 30-იან წლებში. 1935 წელს საბჭოთა სტრატოსტატ „სსრკ-1 ბის“-ზე (-1 ) და ამერიკულ სტრატოსტატ „ექსპლორერ “-ზე ჩატარდა დაკვირვებები, რომელიც ეხებოდა რადიაციის გავლენას მუტაგენეზის პროცესზე.

კოსმოსური ბიოლოგიის უპირველესი ამოცანაა ორგანიზმებზე კოსმოსში ფრენის ფაქტორების და კოსმოსური სივრცის პირობების გავლენის შესწავლა. ასეთ გამოკვლევებს ატარებენ სპეციალურ ლაბორატორიებში, სადაც ხელოვნურად არის შექმნილი კოსმოსის მსგავსი პირობები. ძირითადი და არსებითი მნიშვნელობის მონაცემები მიიღეს კოსმოსში გაშვებულ ორგანიზმებზე დაკვირვებით, რომლის დროსაც შესაძლებელია ორგანიზმისათვის უჩვეულო გარემოს ფაქტორთა მთელი კომპლექსის გავლენის შესწავლა.

დადგენილია, რომ სიმაღლესთან ერთად იცვლება სასუნთქი აირცვლის პირობები. მაგალითად, უკვე 15 კმ სიმაღლეზე (ბარომეტრული წნევა 87 მმ. ვწყ. სვ.) სუნთქვა შეუძლებელია სუფთა ჟანგბადის შესუნთქვისასაც კი. 19.2 კმ სიმაღლეზე თბილსისხლიანი ცხოველების სისხლი, ლიმფა და სხვა სითხეები „დუღს“, რადგან ორგანიზმის თხიერ არეებში ბარომეტრული წნევა 37°-ზე წყლის ორთქლის წნევას უტოლდება. 36-40 კმ სიმაღლეზე ატმოსფეროს ზედა ფენებში დაუბრკოლებლივ გადის პირველადი კოსმოსური სხივები და ულტრაიისფერ სხივებთან ერთად ძლიერ ბიოლოგიურ დამაზიანებელ ეფექტს ამჟღავნებს. კოსმოსური ხომალდის კაბინაში კი რადიაცია სუსტად ატანს, რის გამოც მასში მყოფი ორგანიზმები საკმაოდ კარგადაა დაცული რადიაციის დამაზიანებელი გავლენისაგან. 100-200 კმ-ზე ზევით ატმოსფერო პრაქტიკულად აღარ არის, რის გამოც ბგერითი ტალღები ვეღარ ვრცელდება, სინათლე არ იფანტება, სივრცე და სიღრმე ძნელად აღიქმება. დედამიწის ხელოვნურ თანამგზავრებზე წარმოიქმნება დინამიური უწონადობის მდგომარეობა, რადგან დედამიწის მიზიდულობის ძალა მის ტოლ ცენტრიდანულ ძალას უწონასწორდება, რომელიც ორბიტაზე ფრენისას ვითარდება.

ორგანიზმზე კოსმოსის პირობების გავლენის შესასწავლად თავდაპირველად ( საუკუნის 40-50-იანი წლებში), ცდები ტარდებოდა სხვადასხვა ცხოველზე – ძაღლებზე, მაიმუნებზე და სხვა, რომელთაც კოსმოსური ფრენის მსგავს პირობებში აყენებდნენ – რაკეტებით აჰყავდათ 500 კმ სიმაღლეზე. შეისწავლიდნენ კოსმოსში ცხოველთა სიცოცხლისათვის საჭირო პირობების შექმნის შესაძლებლობას (ჰერმეტულ კაბინაში ან სპეციალურ სკაფანდრებში არაჰერმეტულ კაბინაში), ფრენის უსაფრთხოების, დიდ სიმაღლეზე კატაპულტირებისა და პარაშუტით დაშვების საშუალებებს და მეთოდებს პირველადი კოსმოსური გამოსხივების ბიოლოგიურ მოქმედებას. დაადგინეს, რომ მაღალორგანიზებული ცხოველები რაკეტით გაფრენისას აჩქარებას და დინამიურ უწონადობას დაახლოებით 20 წთ-მდე უძლებენ. საბჭოთა მე-2 ხელოვნურ თანამგზავრზე (1957) მეტად მნიშვნელოვანი დაკვირვებანი ჩატარდა ძაღლ „ლაიკაზე“, რითაც გამოვლინდა კოსმოსში ორგანიზმის ხანგრძლივი ყოფნის შედეგები. შემდგომში შეიქმნა ისეთი კოსმოსური თანამგზავრი-ხომალდები, რომელთაც შეეძლოთ დედამიწაზე დაბრუნება. ხომალდებში ათავსებდნენ მრავალნაირ ცხოველსა და მცენარეს, ლოკოკინას, კვერცხებს, ადამიანის ქსოვილთა კულტურას, ბაქტერიებს, ვირუსებს, ფაგებს, ზოგიერთ ფერმენტს და ა. შ. ხომალდის კაბინაში შექმნილი იყო ნორმალური ატმოსფერული წნევა (760±10 მმ ვწყ. სვ.), ტემპერატურა (18±3°), ჟანგბადის შემცველობა (20-24%), ტენიანობა (35-50%). ცხოველები იკვებებოდნენ ავტომატურ საკვებურებიდან, ქსოვილთა კულტურები და სხვა ბიოლოგიური ობიექტები მოთავსებული იყო თერმოსტატებში, სადაც ავტომატურად იყო რეგულირებული ტემპერატურა. ძაღლებს მიერთებული ჰქონდათ სათანადო აპარატურა და მკვლევრები რადიოტელემეტრიულად აკვირდებოდნენ ორგანიზმის ფიზიოლოგიურ მდგომარეობას. ანალოგიური დაკვირვებანი ტარდებოდა საკონტროლო ცხოველთა და მცენარეთა შესაფერის ჯგუფებზე, რომლებიც, გარდა უწონადობისა, კოსმოსის მსგავს პირობებში იყვნენ.

ორბიტაზე გაყვანსს დროს ყველა ძაღლს გახშირებული ჰქონდა პულსი და სუნთქვა. რაც ხომალდის ორბიტულ ფრენაზე გადასვლის შემდეგ თანდათან უახლოვდებოდა ნორმას. აჩქარების ზემოქმედების ყველაზე უშუალო და მნიშვნელოვანი გამოვლინება იყო ფილტვების ვენტილაციის ცვლილებანი და სისხლძარღვთა სისტემაში სისხლის გადანაწილება, აგრეთვე სისხლის მიმოქცევის რეფლექსური რეგულაციის დარღვევა. უწონადობის პირობებში პულსის სიხშირე უფრო ლღაბალია და ცვალებადიც, ვიდრე მოდელურ ცდებში დედამიწაზე. ძაღლები საკმაოდ მალე ეგუებიან უწონადობის უჩვეულო პირობებს და კოორდინირებული მოძრაობაც აღუდგებათ. მსგავსი შედეგები მიიღეს მაიმუნებზე ცდებით. კოსმოსში ნამკოფი ძაღლების, ვირთაგვებისა და თაგვების სისხლსა და შარღში აღინიშნა ზოგიერთი გარდამავალი ცვლილება. აღმოჩნდა, რომ თაგვების ძვლის ტვინში ქრომოსომთა გადაჯგუფება გადიდებული იყო, სისხლის წარმოქმნა – ოდნავ დაქვეითებული. კოსმოსში ხანგრძლივად მყოფ ძაღლებსა და მაიმუნებს განუვითარდათ სისხლძარღვთა სისტემის დეტრენირება, დაერღვათ წყლისა და მარილების ცვლა, კერძოდ, ძვლებში შემცირდა კალციუმის რაოდენობა. ორბიტული ფრენისას კოსმოსში მკოფი ორგანიზმების გენეტიკური შესწავლით დადგინდა, რომ ხახვისა და იონჯის თესლი კოსმოსში უფრო სწრაფად ღივდება; ბარდის, სიმინდისა და ხორბლის ღივებზე შეამჩნიეს უჯრედების გამრავლების აჩქარება. რადიაციისადმი გამძლე შტამის აქტინომიცეტებს 6-ჯერ მეტი გადარჩენილი სპორა და განვითარებული კოლონია აღმოაჩნდათ, ვიდრე საკონტროლოებს, მაშინ როდესაც რადიაციისადმი მგრძნობიარე შტამებში შესატყვისი მაჩვენებლები 12-ჯერ შემცირდა. კოსმოსში ნამყოფ დროზოფილებში იმატა სქესთან (იქს ქრომოსომასთან) დაკავშირებულმა რეცესიულმა ლეთალურმა მუტაციებმა. ფიქრობენ, რომ დადგენილი გენეტიკური ცვლილებანი შეიძლება იყოს არა მხოლოდ რადიაციის, არამედ ფრენის ყველა ფაქტორის – აჩქარების, უწონადობის, ვიბრაციის – ერთობლივი შედეგი.

ტრასზე დედამიწა-მთვარე-დედამიწა ჩატარებული ცდებისა და დაკვირვებების შედეგად შეისწავლეს დედამიწის რადიაციული სარტყლების მაიონიზებელი გამოსხივების ბიოლოგიური მოქმედება, აგრეთვე, პირველადი კოსმოსური გამოსხივებისა და მზეზე აფეთქებათა პროტონების მძიმე კომპონენტები ზოგიერთი ფიზიოლოგიური მაჩვენებლის (ლევკოციტების, ერითროციტების, ჰემოგლობინის რაოდენობა) შედარებისას აღმოჩნდა, რომ კოსმოსში ნამყოფ ზოგიერთ მცენარეს ემჩნეოდა ზრდისა და განვითარების, ქრომოსომული დარღვევების მატება.

მაღლივ და ბალისტიკურ რაკეტებხე, დედამიწის ხელოვნურ თანამგზავრებზე, თანამგზავრ-ხომალდებზე და სხვა კოსმოსურ საფრენ მოწყობილობებზე ჩატარებული ბიოლოგიური ექსპერიმენტებით დაადგინეს, რომ ადამიანს შეუძლია იცოცხლოს და საკმაოდ ხანგრძლივადაც იმუშაოს კოსმოსური ფრენის პირობებში. უწონადობა ამცირებს ორგანიზმის ფიზიკურ ამტანობას და აძნელებს ნორმალური (დედამიწის) გრავიტაციის პირობებისადმი რეადაპტაციას; უწონადობა არ იწვევს მუტაციებს, ყოველ შემთხვევაში გენურს ან ქრომოსომულს. დღის წესრიგში დგას უწონადობის გავლენის შესწავლა უჯრედშიგა პროცესებზე, დიდმუსტიანი მძიმე ნაწილების ბიოლოგიური ეფექტების, ფიზიოლოგიური და ბიოქიმიური პროცესების რიტმიკისს თავისებურებათა გამოვლენა კოსმოსური ფრენის ფაქტორების ზემოქმიდების პირობებში. კოსმოსური ბიოლოგიის (ასევე კოსმოსური მედიცინის) უმნიშვნელოვანესი პრობლემაა, კოსმოსში ადამიანის ხანგრძლივად ყოფნის პირობებში ნორმალური ცხოველმოქმედების უზრუნველყოფის ბიოლოგიური საფუძვლებისა და პრინციპების დამუშავებაც. ამ მხრივ უკვე მნიშვნელოვანი მიღწევებია მოპოვებული. 1961 წელს ჯერ სსრკ-ში, ხოლო შემდეგ აშშ-ში განხორციელდა ადამიანის გაფრენა კოსმოსში. მომდევნო წლებში კოსმოსში გაუშვეს მრავალი ხომალდი და საპლანეტთაშორისო სადგური, რომლებშიც იყვნენ ადამიანები, ხშირად საკმაოდ ხანგრძლივად. 1975 წელს საბჭოთა კოსმოსური ხომალდი „სოიუზი“ და ამერიკული „აპოლონი“ შეპირაპირდნენ კოსმოსში, ამასთან მოხდა ეკიპაჟის წევრების გადასვლა-გადმოსვლა ერთი ხომალდიდან მეორეში. საამისო წინაპირობების მომზადებაში დიდი მნიშვნელობა ჰქონდა კოსმოსური ბიოლოგიის გამოკვლევებსაც. ასეთ გამოკვლევებს მნიშვნელობა ექნება შემდგომშიც ახალი კოსმოსური ტრასების დაზვერვისათვის, რისთვისაც საჭირო იქნება ბიოტელემეტრიის ახალი მეთოდების შემუშავება, ისეთი ხელსაწყოების კონსტრუირება, რებიც კოსმოსში ყოფნისასს ორგანიზმში წარმოქმნილ სხვადასხვა სახის ენერგიას გარდაქმნიან ზოგიერთი ზუსტი ხელსაწყოსათვის საჭირო ელექტროენერგიად. ისეთი ბიოლოგიური კომპლექსების ან დახშული ეკოლოგიური სისტემების შექმნა, რომლებიც უზრუნველყოფენ ადამიანის ხანგრძლივ ყოფნას კოსმოსში.