Биологические системы и гравитация
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). Вместе с тем, эти исследования имеют практическое значение, связанное с оценкой риска для живых организмов в условиях длительного космического полета, возможностей, ограничений и «стоимости» их адаптации к основным факторам полета: микрогравитации и космической радиации.
Ответ на вопрос, как и с помощью каких механизмов живые организмы реагируют на изменение величины и направления вектора силы тяжести, зависит от расшифровки и классификации сенсоров гравитации. Решение этой задачи в одинаковой степени важно как в теоретическом плане (обоснования роли силы тяжести в эволюции живых систем), так и для успешного применения результатов исследований в практике космической биологии и медицины (совершенствования систем жизнеобеспечения, нормализации функций организма человека в длительном космическом полете и разработки новых технологий получения биологически активных веществ и лекарственных препаратов).
Gravity-dependent processes in biological systems of various organization levels (2001-2005) / Гравитационно-зависимые процессы в биологических системах различных уровней организации (2001-2005) (405.3 KiB)
Adaptation of living systems to extreme and gravitational influences, 1 / Адаптация живых систем к экстремальным и гравитационным воздействиям, 1 (1.3 MiB)
The evolution of living systems in the Earth's gravitational field (biomechanical and energy aspects) / Эволюция живых систем в гравитационном поле Земли (биомеханические и энергетические аспекты) (308.6 KiB)
Клетка и микрогравитация
Развитие живых систем основывается на принципе эволюционной непрерывности, представляющего собой совокупность причин, вызывающих очень медленные, но целенаправленные изменения (усложнения) первичной прокариотической клетки. Предполагается, что самая примитивная прокариотическая клетка (протоклетка) появилась около 3,5 млрд. лет назад, и только спустя 2 млрд. лет сформировалась эукариотическая клетка. Однако ключевым моментом в эволюции органического мира еще до появления прокариотической клетки был процесс взаимодействия структур — носителей информации (макромолекул нуклеотидов) с каталитическими структурами, обеспечивающими использование энергетических субстратов.
Возникшие в результате слияния новые соединения уже были способны к самосборке и дальнейшей самоорганизации в структуры более высокого порядка. Но самосборка, была лишь началом появления клетки, для окончательного ее формирования необходим был еще один шаг — вычленение (обособление) этой структуры из внешней (окружающей) среды. В силу ряда причин, одна из которых заключается в нейтрализации воздействия гравитации, изначальный (примитивный) одноклеточный организм мог возникнуть и эволюционировать достаточно долгое время только в водной среде. В самом деле, иммерсионная среда, наряду с другими преимуществами, позволяет в значительной степени ослабить механическое давление на клетку, обусловленное наличием силы тяжести. В этом случае клетке, функционирующей в водной среде, во избежание гидростатического «стресса», достаточно было выработать хорошо отлаженный механизм осморегуляции, который давал ей возможность не только сохранять концентрационные градиенты основных ионов К+, Na+, Са++, Mg++, но и поддерживать свою структурную целостность. Главным инструментом и материальной основой для реализации механизма формирования клетки служила биомембрана — первый наиболее ранний в эволюционном плане и важный в функциональном отношении, элемент клетки.
Современные модели принципа восприятия и реализации гравитационного импульса в клетке основаны на механизме, связанном с передачей гравитационного импульса с внешней мембраны во внутриклеточный континуум, благодаря активации системы внутриклеточной сигнализации. Вследствие физической природы гравитации гравитационный стимул взаимодействует с массой и индуцирует первичную механическую реакцию, выражающуюся в пространственном перераспределении внутриклеточных органелл в соответствии с их размерами. В процессах восприятия и реализации гравитационного импульса могут принимать участие почти все внутриклеточные структуры. В первую очередь это относится к ядру, самой крупной клеточной органелле, плотность которой в 1,5 раза превышает плотность окружающей ее цитоплазмы. Однако, не меньший интерес представляют также вариации количественного распределения и временной пространственной локализации таких органелл, как митохондрии и различные типы пластид, имеющие достаточно крупные размеры и высокую плотность. В процессе взаимодействия они образуют короткоживущие комплексы, которые с нашей точки зрения, могут претендовать на роль неспециализированных гравирецепторов.
General principles of cellular organization (biophysical and biomechanical aspects) / Общие принципы организации клетки (биофизические и биомеханические аспекты) (472.7 KiB)
Cellular and molecular mechanisms of gravireception, 2 / Клеточные и молекулярные механизмы гравирецепции, 2 (315.5 KiB)
Cell culture in microgravity conditions / - (177.5 KiB)
Cellular and molecular mechanisms of gravireception, 1 / Клеточные и молекулярные механизмы гравирецепции, 1 (315.5 KiB)
The role of gravity in changes of structural and functional state of cells / Роль силы тяжести в изменениях структурно- функционального состояния клетки (386.3 KiB)
Growth and functional regularities of unicellular organisms under altered gravity conditions / - (442.5 KiB)
Structural and functional organization of regenerated plant protoplasts exposed to microgravity on Biokosmos 9 / - (348.9 KiB)
The effect of microgravity on the development of plant protoplasts flown on Biokosmos 9 / - (260.3 KiB)