Экзобиология
Экзобиология как научная дисциплина представляет собой одно из направлений космической биологии и развивается в рамках последней. Значительную часть вопросов экзобиологии предлагается объединить в аналогичную дисциплину, определяемую как «астробиология», охватывающую по существу наиболее важные отрасли экзобиологии (физико-химические аспекты возникновения органических соединений, вопросы происхождения и эволюции живых систем).
Центральное место в экзобиологии занимает проблема жизни как космического явления. Вместе с тем, экзобиология отчасти выходит за пределы биологии и занимает область, связанную с целым рядом других естественных наук, имеющих отношение к вопросу о происхождении и распространении жизни. Экзобиология причастна и к теоретической проблеме природы живого, как сущности, отличной от неживой материи и в этом смысле обособленной от среды. Представлен обзор состояния основных направлений экзобиологии — проблемы происхождения и развития жизни, как космического явления. Обсуждаются данные о возникновении в космосе, распространении в межзвездном пространстве и попадании на поверхность пишет органических соединений, являющихся материалом образования прототипов живых систем. Рассматриваются вопросы развития жизни в земных условиях, возникновения основных свойств живых организмов различного уровня организации. Приводятся сведения о некоторых проектах исследований в области экзобиологии, реализуемых в экспериментах на борту космических аппаратов.
Problems of exobiology / Проблемы экзобиологии (552.6 KiB)
Гравитационное поле и живые системы
Фундаментальные исследования в области гравитационной биологии объединены общей целью — выявить роль силы тяжести как эволюционного фактора, понять природу и механизмы ее влияния на различные аспекты жизнедеятельности, оценить степень участия гравитации в формировании структурно-функциональной организации живых организмов в процессе их развития (филогенеза и онтогенеза).
Обширный экспериментальный материал, накопленный в гравитационной биологии позволяет утверждать, что в основе регуляторных процессов, направленных на сохранение и поддержание физиологического гомеостаза организма в условиях измененной силы тяжести, лежат молекулярные и клеточные механизмы адаптации. Полученные результаты позволили, прежде всего, сформулировать гипотезу о механизме гравитационной чувствительности одноклеточных организмов. Суть этой гипотезы состоит в том, что гравитационная чувствительность (толерантность) одноклеточного организма как индивидуальной самостоятельной и самодостаточной биологической системы есть функция от ее метаболической и двигательной активности. Это означает, что главным условием, определяющим гравитационную чувствительность одноклеточных организмов, являются не их форма и размеры, а функциональная активность. Выдвинутая гипотеза позволяет внести существенные коррективы в один из основополагающих постулатов гравитационной биологии о наличии положительной корреляции между массой (размерами) организмов и их гравитационной чувствительностью. Эти данные представляют определенный практический интерес для гравитационной и космической биологии.
Одним из векторов эволюционного процесса, является, по-видимому, снижение степени зависимости организма от колебаний параметров среды. Применительно к внешней температуре эта относительная независимость достигалась двумя различными путями в двух различных направлениях эволюционирования живых систем — гомойотермных и пойкилотермных. Несмотря на то, что температура тела последних является функцией температуры среды, активное состояние пойкилотермов осуществляется в определенном, пусть и широком, диапазоне собственных температур. У некоторых видов пойкилотермов температуры этого диапазона существенно повышены относительно среды — за счет мышечной деятельности и морфофункциональных приспособлений. Вместе с тем, существует не рассмотренный еще аспект энергостоимости существования живых систем в гравитационном поле, относящийся к уровню клетки как свободно живущей, так и интегрированной в состав организма. На основе подхода, связывающего температурный диапазон квазистационарности клетки с уровнем функциональной нагрузки мы полагаем, что земная сила тяжести в ходе эволюции повлияла на формирование физиологически регулируемого диапазона температур теплокровных и средний уровень их температуры тела. Конечно, ситуация и здесь достаточно многозначна (зависимость интенсивности метаболизма от размеров тела). Однако, исследования температуры тела у крыс и обезьян в экспериментах на биоспутниках «Космос» показали наличие достоверного физиологически регулируемого снижения температуры тела и головного мозга у животных в полете (микрогравитация) по сравнению с контролем.
Gravity-dependent processes in biological systems of various organization levels (2001-2005) / Гравитационно-зависимые процессы в биологических системах различных уровней организации (2001-2005 гг.) (405.4 KiB)
Research in the field of gravitational biology (2001-2005) /Исследования в области гравитационной биологии (2001-2005 гг.) (369.1 KiB)
Evolution of living systems in Earth's gravitational field (biomechanical and energy aspects) /Эволюция живых систем в гравитационном поле земли (биомеханические и энергетические аспекты) (505.7 KiB)
Гравитационное поле и клетка
Изучение клеточных механизмов взаимодействия живых систем с факторами окружающей среды, в том числе и гравитационным, является приоритетным направлением фундаментальных исследований, проводимых на живых организмах различной степени сложности, от одноклеточных до млекопитающих, с использованием широкого круга современных методов: биофизических, биохимических, физиологических. Одним из актуальных вопросов является выяснение механизма восприятия и реализации гравитационного стимула в различных типах клеток и клеточных ассоциаций. В основе решения этой задачи лежат выявление, расшифровка и классификация внутриклеточных сенсоров гравитации, что невозможно без четкого понимания принципов организации и функционирования самой клетки.
Согласно теории, описывающей клетку как химический реактор микроскопических размеров, такая система должна быть индифферентна к изменению напряженности гравитационного поля, по крайней мере, в диапазоне величин от 10-5 до 10g. Вместе с тем, анализ большого количества данных, накопленных к настоящему времени в экспериментах с различными типами клеток, свидетельствует о наличии в них структур и процессов, чувствительных к изменению величины силы тяжести. Как известно клетки, изолированные из органов и тканей многоклеточных организмов и культивируемые in vitro в лабораторных условиях, свободны от влияния регуляторных и контролирующих механизмов высшего порядка (нервных или гормональных), лишены внутриорганных, а зачастую, и внутритканевых связей. Это дает возможность экспериментатору изучать эффекты действующего на клетку фактора в «чистом» виде, не замаскированном наличием системных механизмов регуляции и контроля.
Для развития данного направления исследований предлагается комплексная программа, включающая в себя экспериментальные и теоретические исследования, направленные на выяснение природы реакции живых систем на клеточном уровне в условиях пониженной или повышенной гравитации. В качестве объектов исследования предполагается использовать клеточные культуры, клеточные суспензии и изолированные тканевые клетки.
Gravitational sensitivity of microbiomechanical systems / Гравитационная чувствительность микробиомеханических систем (616.1 KiB)
The role of gravity in structural and functional changes of the state of cells / Роль силы тяжести в изменениях структурно- функционального состояния клетки (305.0 KiB)
Probable mechanisms of the of cells gravitational sensitivity /Вероятные механизмы гравитационной чувствительности клеток (412.3 KiB)
Research in the field of cell biology with the unmanned spacecrafts / Исследования в области клеточной биологии в полете автоматических космических аппаратов (637.5 KiB)