Вес тела

Без гравитации при копировании ДНК возникают ошибки

Ошибки в генетическом коде могут возникнуть даже без каких-либо мутагенов, то есть сами по себе. Связано это с тем, что ферменты, отвечающие за копирование ДНК, они же ДНК-полимеразы, выполняют свою задачу не со стопроцентной точностью. Это напоминает человека, который переписывает текст. Теоретически оригинал и копия должны быть идентичными, но на практике в копию могут закрасться ошибки. Причем такие мутации могут быть непросто ошибкой природы, а иметь практический смысл. По мнению некоторых ученых, именно они являются основной движущей силой эволюции, а не естественный отбор.

Но какое к этому отношение имеет гравитация, спросите вы? Как утверждают сотрудники Университета Торонто и Университета Куинс гравитация влияет на точность копирования генетического кода ДНК-полимеразой. К такому выводу они пришли в результате исследования, которое проводилось в реактивном самолете. Он поднимался на высоту 8 км, а потом в течение 20 секунд свободно падал до высоты в 3,3 км. В результате на борту возникала невесомость, а точнее — микрогравитация, аналогичная той, которую испытывают парашютисты в свободном полете до того, как раскрывается парашют.

В условиях свободного падения ДНК-полиеразы допускали большое количество ошибок при копировании ДНК кода

Авторы работы использовали специальный аппарат, который позволяет производить копирование части ДНК длиной в тысячу нуклеотидов в полуавтоматическом режиме. В процессе исследования ДНК-полимераза удваивала генетический код, взятый из кишечной палочки. Подробности были опубликованы в издании Frontiers in Cell and Developmental Biology. Как утверждают авторы статьи, в условиях микрогравитации ДНК-полимераза допускала гораздо больше ошибок, чем в обычных земных условиях. Причем процент ошибок возрастал до 140%.

Ошибки были самыми разными. Иногда копирующий фермент вставлял в генетический код неверную генетическую букву. Также он пропускал буквы или вставлял вместо одной несколько лишних букв. Правда, большую часть этих мутаций устраняла функция проверки ошибок, которую можно сравнить с вычитыванием текста человеком, после того, как он закончил его переписывать. Тем не менее, часть ошибок все равно оставалась.

Гравитация влияет на все механизмы, которые происходит в живых организмах на Земле

Полеты на Ил-76

Хотя может показаться, что монополия на настоящую космическую невесомость всецело принадлежит Звездному городку, есть еще один способ приобщиться к будням космонавтов — совершить полет на Ил-76, советском военно-транспортном самолете. Все правила Центра подготовки космонавтов действуют и здесь: тщательный медосмотр, а затем уже предполетная подготовка. Один полет длится до полутора часов, и за это время, как говорят организаторы, «выполняется до десяти режимов невесомости» по 25 с каждая. Невесомость застает 15 смельчаков на борту во время полета по так называемой кривой Кеплера. Как утверждают организаторы, туристы могут заказать видеосъемку на борту, но здесь стоит быть готовым к некоторым казусам — многих с непривычки тошнит

Внимание: полеты временно приостановлены, но в скором времени их обещают возобновить

Стоимость услуги: 55 000 $ на группу из 15 человек (Россия) или 5 000 $ США

Что такое и когда наступает невесомость

Для рассмотрения вопроса познакомимся с понятием веса, широко применяемым в быту. Вес – сила, действующая на опору либо подвес вследствие его притяжения к Земле. Вес обозначается P – давление, оказываемое телом на подвес либо опору, F – сила упругости, оказываемая подвесом на предмет. Они равны по модулю, но противоположны по направлению: P = -F.

На лежащее неподвижно на горизонтальной поверхности тело действует сила тяжести и ровная ей сила упругости. При движении с ускорением вес и сила притяжения Fт отличаются по значению:

F_т + F = ma, где a – ускорение.

P = F_т – ma = mg – ma = m (g — a),

Здесь g – коэффициент свободного падения.

Из выражения следует, что состоянием невесомости называют случай, когда вещь падает свободно g = a, тогда она не обладает весом. То состояние, когда гравитационные силы уравновешиваются, не вызывая давления на предмет или его части. Действие гравитации распространяется на любые расстояния, причём значение этого воздействия изменяется по закону всемирного тяготения.

Способы испытать чувство невесомости в теории и на практике

Чувство невесомости полноценно можно испытать в космосе, но для этого нужно выбрать эту профессию и долгие годы готовится. Однако ощущение невесомости можно испытать и на Земле, хоть и незначительное.

На Земле невесомость можно смоделировать следующим способом. В экспериментальных целях и для тренировки космонавтом создавали состояние невесомости до 40 секунд с помощью специального самолета, который имел воздействие только силы земного притяжения. Траектория движения самолета проходит по параболе. Такие ощущения сейчас можно испытать и на специальных тренажерах, в парках аттракционов. Суть заключается в том, что резко набирается высота и также резко потом сбрасывается, вызывая ощущение свободного падения, невесомости.

Подобные ощущения мы испытываем на рейсах гражданской авиации в период посадки самолета, а также в автомобиле, при резком перепаде движения сверху вниз.

Помимо этого, схожие ощущения можно получить, прыгая на батуте, находясь в воздухе от прыжка непосредственно перед падением вниз, в современных скоростных лифтах при резкой остановке на высоком этаже.

Сейчас существуют специальные симуляторы невесомости, в которых Вы можете испытать это ощущение на борту специально оснащенного для этих нужд самолета ИЛ – 76. Это специальная лаборатория, предназначенная для испытания перегрузок, в том числе космонавтами перед полетами в космос. Во время полета, резко набирается высота и на высоте 8-9 км пилот выключает мощность двигателей, тем самым, позволяя самолету двигаться по инерции. Как раз, когда сила тяжести становится равна силе инерции, достигается невесомость. Во время полета группа испытывает на борту самолета несколько таких ощущений невесомости. Стоимость такого полета индивидуальна и может быть совмещена с экскурсией, космическим питанием и многим другим.

Какие секреты хранит микрогравитация

В 2019 году космическое агентство NASA на мышах изучало влияние невесомости на биологические объекты. На МКС грызуны быстро адаптировались к новой среде обитания и неожиданно начали «плавать» компанией по периметру клетки, будто развлекаясь. Такое нетипичное поведение ученые связывают с двумя причинами: тренировкой равновесия в условиях невесомости и игрой. Стресс, как одно из объяснений, исключили сразу, потому что после возвращения в земную лабораторию вес подопытных практически не изменился, шерсть была в отличном состоянии, а сами грызуны не демонстрировали никаких признаков волнения.

В космосе мыши провели 37 дней, что с учетом средней продолжительности жизни грызунов в неволе (2-3 года) — долгая миссия

(Видео: NASA)

И хотя вроде бы влияние невесомости на человеческий организм изучено достаточно глубоко, космонавты сами иной раз удивляются некоторым результатам пребывания в космосе. «Невесомость оказывает самое благоприятное воздействие на кожу. Космонавты говорят, старая кожа слезает практически слоями, на ее месте появляется новая, молодая, и она остается гладкой, так как в космосе влияние силы тяжести на нее гораздо меньше. Прилетаешь с МКС — кожа, как у младенца. — говорит Виталий Егоров, — Но потом под воздействием земных факторов все возвращается на место. Хотя я предполагаю, что эффект молодой кожи может быть связан с тем, что космонавты гораздо меньше подвержены солнечному свету, чем дома».

Невесомость еще способна удивить человечество и отворить ему двери в мир новых, возможно, неожиданных открытий. И пусть еще не придумали, как воссоздать длительную микрогравитацию на Земле, зато предложили решение, как в 10 раз удешевить доставку к ней в космос. С €1 млн до €100 тыс. снизил присутствие на МКС американский стартап Yuriy Gravity, который для исследований предлагает клиентам использовать многоразовую коробочку размером всего 10 кубических см., представляющую собой миниатюрную лабораторию. Ее вместе с материалом внутри (например, опухолевыми клетками) астронавты возьмут с собой на космическую станцию. Так опытным путем будет выяснено, как поведет себя определенное вещество или материя в невесомости. Участие экипажа не предполагается, все опыты осуществляются автоматически.

Воздействие на здоровье человека

Астронавт Клейтон Андерсон, когда большая капля воды плывет перед ним на Discovery. Сплоченность играет большую роль в космосе.

После появления космических станций , на которых можно жить в течение длительного времени, было продемонстрировано, что невесомость оказывает пагубное воздействие на здоровье человека. Люди хорошо приспособлены к физическим условиям на поверхности Земли. В ответ на длительный период невесомости различные физиологические системы начинают изменяться и атрофироваться. Хотя эти изменения обычно временные, могут возникнуть долгосрочные проблемы со здоровьем.

Наиболее распространенная проблема, с которой люди сталкиваются в первые часы невесомости, известна как синдром космической адаптации или SAS, обычно называемая космической болезнью. Симптомы САС включают тошноту и рвоту , головокружение , головные боли , летаргию и общее недомогание. О первом случае SAS сообщил космонавт Герман Титов в 1961 году. С тех пор примерно 45% всех людей, побывавших в космосе, страдали этим заболеванием. Продолжительность космической болезни варьируется, но ни в коем случае не превышает 72 часов, после чего организм приспосабливается к новой среде. НАСА в шутку измеряет SAS, используя «шкалу Гарна», названную в честь сенатора США Джейка Гарна , чей SAS во время STS-51-D был худшим за всю историю наблюдений. Соответственно, один «Гарн» эквивалентен самому тяжелому случаю САС.

Наиболее значительными побочными эффектами длительной невесомости являются атрофия мышц (дополнительную информацию см. В разделе Снижение мышечной массы, силы и работоспособности в космосе ) и ухудшение состояния скелета или остеопения во время космических полетов . Эти эффекты можно свести к минимуму с помощью режима упражнений, например езды на велосипеде. Астронавты, находящиеся в длительной невесомости, носят штаны с эластичными ремнями, прикрепленными между поясом и манжетами, чтобы сжать кости ног и уменьшить остеопению. Другие важные эффекты включают перераспределение жидкости (вызывающее появление «лунного лица», типичное для изображений космонавтов в невесомости), замедление работы сердечно-сосудистой системы, поскольку кровоток уменьшается в ответ на недостаток силы тяжести, снижение выработки красных кровяных телец , нарушение баланса и ослабление иммунной системы . Менее выраженные симптомы включают потерю массы тела, заложенность носа, нарушение сна, избыточное газообразование и отечность лица. Эти эффекты начинают быстро меняться по возвращении на Землю.

Кроме того, после длительных космических полетов астронавты могут испытывать серьезные проблемы со зрением . Такие проблемы со зрением могут стать серьезной проблемой для будущих полетов в дальний космос, включая миссию с экипажем на планету Марс . Воздействие высоких уровней радиации также может влиять на развитие атеросклероза.

31 декабря 2012 года НАСА -Поддерживаемые исследование показало , что человеческий космический полет может нанести вред мозгам из космонавтов и ускорить начало болезни Альцгеймера . В октябре 2015 года Управление генерального инспектора НАСА опубликовало отчет об опасностях для здоровья, связанных с полетами человека в космос , включая полет человека на Марс .

Воздействие на нечеловеческие организмы

Российские ученые обнаружили различия между тараканами, зачатыми в космосе, и их наземными собратьями. Космические тараканы росли быстрее, а также становились все быстрее и выносливее.

Куриные яйца, помещенные в микрогравитацию через два дня после оплодотворения, не развиваются должным образом, тогда как яйца, помещенные в микрогравитацию более чем через неделю после оплодотворения, развиваются нормально.

Эксперимент с космическим челноком 2006 года показал, что Salmonella typhimurium , бактерия, которая может вызывать пищевое отравление, стала более опасной при выращивании в космосе. 29 апреля 2013 года , ученые в политехническом институте Rensselaer, финансируемой НАСА , сообщил , что во время космического полета на Международной космической станции , микробы , кажется, адаптироваться к космической среде в отношениях «не наблюдается на Земле» и таким образом , что «может привести к увеличению роста и вирулентности ».

При определенных условиях испытаний было обнаружено, что микробы процветают в условиях почти невесомости космоса и .

Что такое невесомость и бывает ли она на Земле

Невесомость не равно антигравитация. Это популярное заблуждение. В 400 км от Земли, где со скоростью почти 8 км/с летит Международная космическая станция (МКС), сила притяжения сохраняется на 90% от привычной. Космонавты и предметы парят в воздухе, потому что вместе с МКС находятся в состоянии свободного падения, одновременно опускаясь и смещаясь в сторону. Наша планета их постоянно притягивает: корабль непременно рухнул бы, но поскольку Земля круглая, сохраняется орбитальное движение и постоянная высота. За счет формы планеты МКС постоянно «промахивается» мимо поверхности и продолжает двигаться по орбите дальше. Иначе говоря, падает и не может упасть.

Эффект свободного падения можно ощутить на аттракционах вроде «американских горок» или в скоростном лифте, который стремительно спускается с высокого этажа. На секунды они дарят состояние невесомости или, как ее еще принято называть, микрогравитации.

На некоторых аттракционах высота сначала набирается, а потом резко сбрасывается, вызывая ощущение свободного падения или невесомости. Горки Goliath (Six Flags Great America)

(Фото: June Ryan Lowry for TIME)

Чуть дольше — около 25 секунд — в невесомости можно оказаться в специальном самолете-лаборатории ИЛ-76 МДК. Он поднимается до 6 тыс. метров, после за 15 секунд с резким ускорением под углом 45º набирает высоту до 9 тыс. метров, а потом по плавной дуге (баллистической траектории) при отключенном моторе уходит вниз. В этот момент и наступает невесомость. На высоте 6 тыс. метров двигатели снова заводят и самолет переводится в обычный горизонтальный полет. Пилот выполняет такие «горки» (так называемые параболы Кеплера) 10-15 раз, он удерживает штурвал, не допуская даже малейших отклонений, что физически очень непросто.

Взлетает ИЛ-76 МДК с военного аэродрома «Чкаловский» в Подмосковье. Поучаствовать может любой более-менее здоровый человек, этим занимаются специальные коммерческие агентства, стоимость полета — ₽280 тыс.

В 2016 году альтернативная рок-группа Ok Go из Чикаго сняла в ИЛ-76 МДК клип на песню Upside down and Inside Out. Это первое профессиональное музыкальное видео в условиях невесомости. Самолет-лаборатория имитировал салон пассажирского S7 Airlines, роль стюардесс исполняли многократные призеры чемпионатов по художественной гимнастике Анастасия Бурдина и Татьяна Мартынова.

Для съемок клипа потребовался 21 полет или 2 часа 15 минут невесомости — больше, чем стандартная норма космонавтов в процессе подготовки.

Что будет с телом около черной дыры

Некоторые ошибочные суждения предполагают, что тело, которое оказалось около черной дыры, должно быть разорвано на части. Не переживайте, этого не произойдет.

Когда какое-либо тело приближается к черной дыре, сила гравитации и приливные силы начинает очень сильно расти, но совсем не обязательно, что приливные силы становятся очень большими при подлете к горизонту событий.

Черная дыра совсем не обязательно должна разрывать тело на части

Приливные силы зависят от расстояние до тела и его размера

Важно, что расстояние считается от центра, а не от края. Размер черной дыры прямо пропорционален ее массе

Из этого можно сделать вывод, что если один и тот же предмет будет попадать в черные дыры разного размера, то только от массы черной дыры будут зависеть приливные силы. А исходя из сказанного о массе и размере, можно сделать вывод, что чем больше дыра, тем меньше приливные силы будут на горизонте.

То есть, если черная дыра будет относительно небольшой, она действительно может оказать влияние на подлетающие к ней тела. Но если размер черной дыры будет огромным, то она просто поглотит тело и все. На этом основаны некоторые фантастические фильмы, где герои попадают в черную дыру и с ними ничего не происходит.

В фильме Интерстеллар герои смогли пройти через черную дыру благодаря ее размеру.

Методы имитации для изучения

Большинство общепринятых методов имитации невесомости воспроизводит давление крови, функциональные и другие сдвиги, которые возникают в этом состоянии.

Для имитации вестибулярных нарушений, развивающихся в условиях невесомости, используется калориметрическая проба (раздражение внутреннего уха теплой водой) и кресло для исследования вестибулярного аппарата с вращением испытуемого.

При вращении человека на кресле  возникает конвекция жидкости в полукружных каналах уха, что обычно вызывает нистагм (непроизвольное колебание глаз) и нередко вестибулярные нарушения.

При проведении теста астронавта в кресле на борту космического корабля «Шаттл» (США) также проявился нистагм. Этот результат не соответствовал научным ожиданиям, так как давно предложенная для объяснения вестибулярных нарушений теория была основана на рецепторах внутреннего уха, что возможно только в условиях гравитации. В отсутствие последнего метод не должен, казалось бы, работать. Авторы эксперимента полагают, что теория для объяснения вестибулярных нарушений должна быть пересмотрена.

Это является еще одним убедительным примером того, как знания, добытые в космических просторах, позволяют по-новому подходить к тайнам, лежащим в «нас самих». Так или иначе, изложенное выше наблюдение заслуживает внимания и подтверждения. Можно лишь предположить, что при вращении кресла может возникать так называемая искусственная гравитация, и тогда все остается на «прежних местах».

Вопрос имитации физиологических эффектов, свойственных состоянию невесомости на Земле, является базисным для космической медицины.

Целесообразность изучения эффектов состояния невесомости в земных условиях продиктована трудностями комплексных исследований в космическом полете, необходимостью тщательного подбора космонавтов и изучения тех изменений, которые могут наблюдаться во время космических полетов.

Вес тела

Исходя из второго закона Ньютона mg→+N→=ma→ или N→=m(a→-g→).

Действующая на опору сила P→ со стороны тела называется весом тела, а исходя из третьего закона Ньютона, равняется -N→. Тогда он в равноускоренно движущемся лифте равняется

P→=m(g→-a→).

Имеется вектор ускорения a→, направленный по вертикали вниз или вверх. При определении оси Оу вертикально вниз, векторное уравнение для P→ получает скалярную форму записи

P=m(g-a).

Из формулы видно, что P, g и a рассматриваются как проекции векторов P→, g→ и a→ на ось OY. Вертикальное направление оси говорит о том, g=const>, а P и a принимают положительные и отрицательные значения. Рисунок 1.11.2 показывает направление вниз вектора ускорения a→ при a>.

Рисунок 1.11.2. Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения a→ направлен вертикально вниз. 1) a<g, P<mg; 2) a=g, P= (невесомость); 3) a>g, P<.

Формула P=m(g-a) указывает на наличие меньшего действия веса тела P, в отличие от силы тяжести при a<g. Когда a>g , вес тела меняет знак на противоположный. Это говорит о прижимании тела не к полу, а к потолку кабины лифта. При падении тело соответствует условиям a=g, то P=. Это состояние получило название невесомости. Его возникновение возможно в кабине космического корабля во время движения по орбите с выключенными реактивными двигателями.

На рисунке 1.11.3 показано направление вектора ускорения вертикально вверх, откуда следует a<. Очевидно, что вес тела превышает силу тяжести по модулю.

Камера сенсорной депривации (флоатинг)

Еще одна возможность оказаться в условной невесомости — это полежать час-другой в камере сенсорной депривации (флоат-камере). Клиентам обещают, что «плавучесть, которую тело обретает благодаря раствору соли, сводит к нулю воздействие гравитации, подводя человека вплотную к переживанию полной невесомости». Флоат-камера, глубина которой около 30 см, чуть шире двуспальной кровати; в ней содержится водный раствор, приготовленный из 400 кг соли. С помощью термостата поддерживается постоянная температура — около 35 градусов по Цельсию. Считается, что это оптимальный температурный режим, при котором большинство людей не чувствуют тепла или холода и быстро перестают ощущать соприкосновение воды с телом. Внутри флоат-камеры человек оказывается изолированным от внешних раздражителей: в нее не проникают ни звуки, ни свет, ни запахи.

Стоимость услуги: 400 гривен час.

Имитация методом водного погружения

С другой точки зрения, более физиологичным методом имитации невесомости является водное погружение — иммерсия.

При погружении тела в воду или какую-либо другую жидкость действует сила, направленная вертикально вверх от центра Земли. Феномен потери веса наблюдается при неглубоком, поверхностном погружении тела, как это имеет место в обычной ванне.

Выталкивающая сила воды зависит от ее удельного веса. В соленой воде «архимедова» сила может быть настолько велика, что человек не тонет. Иногда путем подсаливания воды раствором поваренной соли (0,9 г/л NaCl) искусственно добиваются эффекта нулевой плавучести человека. Этот же эффект наблюдается и в некоторых природных озерах с высоким удельным весом воды, когда последний равен или больше удельного веса человеческого тела. Эта лабораторная модель наиболее оперативно имитирует эффекты состояния невесомости и больше всего приближена к уменьшению двигательной активности, так как водная среда создает условия «идеальной опоры» с равномерным распределением опорных точек по поверхности тела.

Модель иммерсии для имитации состояния невесомости применяется во многих странах мира. Используют, как правило, обычную воду термонейтральной температуры +34° С, которая является комфортной для тела человека. Подчеркнем, что при иммерсии в отличие от обычных гигиенических и лечебных ванн водный режим более продолжителен — от нескольких часов до нескольких суток.
Но метод водной иммерсии имеет много недостатков. Может возникать нарушение клеток кожных покровов и инфицирование их, что требует строгого и непрерывного контроля. Кроме того, кожные покровы человека проницаемы для воды, в связи с чем контакт с водой может увеличить объем циркулирующей крови и способствовать перегрузке сердца.

Поэтому уже давно стали применять «сухую» иммерсию. Этот метод с использованием водонепроницаемой эластичной пленки. Он исключает контакт кожи с водой и ее воздействие на динамическое равновесие, позволяет проводить исследования влияния режима сниженной гравитации.
Для реализации этого способа применяются ванны водоизмещением около 1,5 кубических метров воды. Температура воды поддерживается автоматически (электроконтактный термометр связан с системой подогрева). К окантовке ванны крепится водонепроницаемая пленка, которая по своей площади значительно превышает водную поверхность. Обследуемый погружается на пленку, которая под тяжестью его тела провисает в водную среду и, окружая его тело со всех сторон, смыкается спереди.

Метод «сухой» иммерсии выгодно отличается от водной возможностью проводить инструментальный контроль за состоянием человека. Этот метод безопасен для организма и позволяет объективно оценивать состояние человека в каждый необходимый момент времени, что представляет интерес не только для космической медицины, но и как космические изобретения в быту.

Эффекты здоровья человека

После появления космических станций, которые могут населяться в течение многих длительных периодов, воздействие невесомости было продемонстрировано, чтобы иметь некоторые вредные эффекты на здоровье человека. Люди хорошо адаптированы к физическим условиям в поверхности Земли. В ответ на длительный период невесомости различные физиологические системы начинают изменяться и атрофироваться. Хотя эти изменения — обычно временные, долгосрочные вопросы здравоохранения, может закончиться.

Наиболее распространенная проблема, испытанная людьми в начальные часы невесомости, известна как космический синдром адаптации или SAS, обычно называемый космической болезнью. Признаки SAS включают тошноту и рвоту, головокружение, головные боли, летаргию и полный недуг. О первом случае SAS сообщил космонавт Гхерман Титов в 1961. С тех пор примерно 45% всех людей, которые полетели в космосе, пострадали от этого условия. Продолжительность космической болезни варьируется, но ни в коем случае не продлилась его больше 72 часов, после которых тело приспосабливается к новой окружающей среде. НАСА в шутку измеряет SAS, используя «Масштаб Гарна», названный по имени сенатора Соединенных Штатов Джейка Гарна, SAS которого во время STS-51-D был худшим на отчете. Соответственно, каждый «Иди ты» эквивалентен самому серьезному случаю SAS.

Самые значительные отрицательные воздействия долгосрочной невесомости — атрофия мышц (см. Уменьшенную массу мышц, силу и работу в космосе для получения дополнительной информации), и ухудшение скелета или нарушение остеогенеза космического полета. Эти эффекты могут быть минимизированы через режим осуществления. Астронавты, подвергающиеся длительным периодам штанов изнашивания невесомости с резинками, были свойственны между поясом и манжетами, чтобы сжать кости ноги и уменьшить нарушение остеогенеза. Другие значительные эффекты включают жидкое перераспределение (порождение появления «лунного лица», типичного для картин астронавтов в невесомости), замедление сердечно-сосудистой системы, уменьшенное производство эритроцитов, беспорядков баланса и ослабления иммунной системы. Меньшие признаки включают потерю массы тела, заложенности носа, нарушения сна, избыточной напыщенности и отечности лица. Эти эффекты начинают полностью изменять быстро по возвращению в Землю.

Кроме того, после длинных миссий космического полета, астронавты могут испытать серьезные проблемы зрения. Такие проблемы зрения могут быть главным беспокойством о будущих миссиях полета открытого космоса, включая укомплектованную миссию к Марса планеты

31 декабря 2012 ПОДДЕРЖАННОЕ НАСА исследование сообщило, что пилотируемый космический полет может вредить мозгам астронавтов и ускорить начало болезни Альцгеймера.

Эффекты на нечеловеческие организмы

Российские ученые наблюдали различия между тараканами, задуманными в космосе и их земных коллегах. Задуманные пространством тараканы выросли более быстро, и также выросли быстрее и более жесткий.

Куриные яйца, которые помещены в микрогравитацию спустя два дня после оплодотворения, кажется, не развиваются должным образом, тогда как яйца вставляют микрогравитацию спустя больше чем неделю после того, как оплодотворение обычно развивается.

Эксперимент Шаттла 2006 года нашел, что Сальмонелла typhimurium, бактерия, которая может вызвать пищевое отравление, стала более опасной, когда выращено в космосе.

Что такое перегрузка

Когда вес тела больше силы тяжести, говорят, что возникает перегрузка.

\

Когда говорят о перегрузке, принято сравнивать ускорение движения вверх с ускорением свободного падения \(\large \vec{g}\).

Например, при движении ракеты с ускорением вверх, космонавт может испытывать перегрузки до 7g. Это значит, что его вес увеличивается в 7 раз.

Первый космонавт мира — Юрий Гагарин, упоминал о перегрузке: «…какая-то сила вдавливает меня в кресло все больше и больше. … трудно пошевелить рукой или ногой…».

Подобным образом мы испытываем перегрузки в самолете во время взлета — эти перегрузки вдавливают нас в кресло. Правда, эти перегрузки значительно меньше, чем перегрузки летчиков — спортсменов, или военных, летчиков — космонавтов. Представители этих профессий тренируют свое тело для того, чтобы перегрузки легче переносить.

Аналоги космической невесомости на Земле

Кратковременно невесомость можно испытать, находясь над Землею. Это можно почувствовать в момент осуществления падения. Такое явление можно сравнить катанием на «американских горках» в тот момент, когда тележка резко падает вниз после достижения максимально высокой точки. То же самое происходит, например, при падении лифта, у которого оборвался трос.

Если лифт падает с высоты, например, сотого этажа, то, находясь внутри, человек тоже ощущал бы невесомость, аналогичную той, в которой пребывают космонавты на орбите Земли. Кроме того, кратковременное состояние невесомости можно испытать на используемом НАСА аэроплане. Это устройство предназначено специально для тренировки космонавтов и привыкания их организма к этому состоянию парения.

Интересно:   Почему человек двигается и что такое судороги? Фото и видео

Почему отсутствие гравитации вызывает мутации

Результаты исследования американских ученых вызывают вопрос — почему гравитация влияет на точность копирования генетического года? Дело в том, что жизнь зародилась и эволюционировала в условиях постоянного воздействия силы тяжести. Как предполагают авторы исследования, гравитация повлияла на все механизмы, которые происходят в живых организмах, в том числе на молекулы. Но, это лишь общее предположение. Сказать точно, как именно гравитация влияет на ДНК-полимеразы, ученые пока не могут.

Еще более интересный и актуальный вопрос — опасно ли для космонавтов влияние гравитации на копировальные механизмы ДНК ? Вполне возможно, что нет. Дело в том, что наши клетки отличаются от клеток бактерий, и молекулярные процессы в них происходят иначе.

Высокая погрешность ДНК-полимеразы в невесомости, возможно, не опасна для космонавтов

В наших клетках имеются специальные механизмы, которые исправляют мутации. Причем в результате других исследований ученые выяснили, что они обладают высокой эффективностью. К примеру, сперматозоиды, которые длительное время находились на орбите, показали способность к оплодотворению. Более того, в результате оплодотворения ими яйцеклетки возникают вполне здоровые эмбрионы. Подробную информацию об этом опубликовали ученые института Яманаси в издании Science Advances.

Напоследок напомню, что мутации могут быть не только негативными, приводящими к различным проблемам со здоровьем, таким как онкология, но и позитивными. В частности, по мнению некоторых ученых мутация может увеличить продолжительность жизни на 23%.

Динамическая

Другой тип невесомости — это динамическая. Ее постоянно испытывают космонавты и лётчики. Нивелировать действие гравитационного поля массивного объекта можно путем свободного падения на него. Для этого необходимо, чтобы объект набрал определённую скорость и стал спутником.

Набрав необходимую скорость, спутник начинает переходить в состояние постоянного свободного падения. Предметы внутри него будут находиться в состоянии невесомости. Такая скорость называется первой космической.

Для планеты Земля, например, скорость составляет порядка 8 километров в секунду. Для Солнца — уже 640. Все зависит от массы объекта и его плотности. В таких космических объектах, где плотность достигает сотни миллионов тонн на кубический сантиметр — космическая скорость приближается к скорости света.