کد خبر : 1258 دوشنبه 20 دی 1395 - 13:50:42
-فناوری‌های-فضایی-در-خدمت-علم-زیست‌شناسی

ارتقای کیفیت زندگی بر روی زمین با دستاوردهای فضایی

فناوری‌های فضایی در خدمت علم زیست‌شناسی

سیناپرس: فناوری‌های فضایی موجب ارتقای کیفیت زندگی بر روی زمین در حوزه‌های مختلف پزشکی، بهداشت و سلامت و زیست محیطی شده است.

 تحقيقات فضایی در سطوح مختلف، از تحقيقات مولكولي گرفته تا مطالعه سلول‌ها، بافت، موجود زنده، اكولوژي، تكوين و تكامل ادامه دارد. هدف از زيست‌شناسي فضايي تعيين اثرات جاذبه بر روي سلول، جانوران و گياهان، تعيين اثرات تركيبي بي‌وزني و ديگر استرس‌هاي محيط فضا (پرتوها و نبود سيكل روز و شب) بر روي سيستم‌هاي زيستي، اصلاح كيفيت زندگي بر روي زمين از طريق استفاده از محيط فضا و همچنين افزايش دانش زيست‌شناسي است.

مطالعات زيست‌ فضايي از چند دهه پيش شروع شده است. اين مطالعات از دو جهت براي پژوهشگران ارزشمند است. در درجه اول براي فرستادن انسان به فضا و انجام ما‌موريت‌هاي فضايي طولاني‌مدت، ‌ بايد تاثير و ميزان تغييرات سيستم‌هاي زيستي در فضا و مشكلاتي را كه فضانوردان پس از بازگشت به زمين با آن مواجهه هستند شناخته شوند. از طرف ديگر مطالعات زیست فضایی موجب افزايش دانش و درک نحوه عملكرد زیستمند‌ها و واكنش‌هاي اساسي زيست‌شناسي مي‌شود. در طول تكامل، حيات بر روي زمين در شرايط جاذبه g1 گسترش يافته است. تاثير اين نيرو و جبر آن بر حيات، تا به امروز به‌درستی مورد مطالعه واقع نشده است. نتايج حاصل از اين‌گونه مطالعات به دست مي‌توانند در بهبود كيفيت زندگي انسان بر روي زمين و سلامت آن موثر باشد. از طرفي، مطالعه روش‌هاي پاسخ و واكنش گياهان و جانوران و ميكروارگانيزم‌ها در اكوسيستم‌هاي بسته، براي توسعه سيستم‌هاي پيشرفته حمايت‌كننده حيات، هم در ماموريت‌هاي طولاني‌مدت و هم براي استفاده بر روي زمين مفید خواهد بود.

فناوری‌های فضایی موجب ارتقای کیفیت زندگی بر روی زمین در حوزه‌های مختلف پزشکی، بهداشت و سلامت و زیست محیطی شده است.

فناوري هاي فضايي و زيست‌شناسي

زيست‌شناسي فضا به مطالعه چگونگي پاسخ جانوران و گياهان به بردار جاذبه و نحوه سازگار شدن آنها با سطوح مختلف جاذبه مي‌پردازد. تحقيقات در اين زمينه در سطوح مختلف، از تحقيقات مولكولي گرفته تا مطالعه سلول، بافت، موجود زنده، اكولوژي، تكوين و تكامل، تعيين اثرات پرتوها (زيست‌شناسي پرتوها) بر روي موجودات زنده و همچنين استفاده از سلول‌ها براي توليد پروتئين‌ها و مولكول‌هاي باارزش (زيست‌فناوري) ادامه دارد. اين مطالعات موجب افزايش دانش زيست‌شناسي و درك بهتر ما از واكنش‌هاي اساسي زيست‌شناسي شده است. مطالعه پرتوهاي كيهاني و تاثير آن بر موجودات زنده، در مقابله با اثرات مخرب پرتویي و توسعه داروهاي مناسب براي جلوگيري و يا كاهش اثرات پرتودرماني موثر بوده است. بسياري از داروهايي كه امروزه براي كاهش اثرات پرتودرماني بيماران سرطاني استفاده مي شود در ابتدا براي محافظت فضانوردان در مقابل پرتوهاي كيهاني و به منظور كاربردهاي فضايي ساخته شد. اين مطالعات در توسعه دوزيمترهاي مناسب و همچنين توليد مواد محافظ و شيلدينگ هاي كارامد نيز تاثير به سزايي داشته است.

امروزه علم زيست فناوري فضايي از جايگاه ويژه اي برخوردار است. زيست‌فناوري شاخه‌اي از علم زيست‌شناسي و تركيبي از علوم زيست‌شناسي، مهندسي و بيوشيمي جهت توليد مولكول‌هاي زيستي ، سلول‌ها، بافت‌ها و ساير تركيبات با هدف ارتقای سلامت و رفاه انسان است. از آنجا كه محيط فضا با زمين از لحاظ نبود نيروي جاذبه (بي وزني) متمايز است يك محيط منحصر به فرد براي مطالعه رشد سلول، بافت و مواد زيستي به حسآب می‌آید. تحقيقات فضايي در حوزه فناوري زيستي نيز موجب پيشرفت‌هاي اساسی شده است. زيست‌فناوري فضا بر دو حيطه تاكيد دارد. اولی كشت سلول‌ها در فضا و دومی رشد كريستال‌هاي پروتئيني در محيط فضا است.

دانشمندان از يك سو از محيط‌هاي شبيه‌سازي بي‌وزني براي فرآيندهاي خالص‌سازي و تكنيك‌هاي زيستي چون رشد كريستال‌هاي پروتئيني استفاده مي كنند؛ از سوي ديگر امروزه با استفاده از محيط‌هاي شبيه ساز بي وزني و يا محيط‌هاي واقعي فضا سعي در توليد و كشت سلول به منظور توليد پروتئين‌هايي با ارزش دارويي و پزشكي چون مولكول‌هاي سيستم ايمني، هورمون‌ها، انزيم‌ها و واكسن‌ها دارند.

كشت سلول ها در فضا

شامل مطالعه نحوه پاسخ سلول به محيط، نحوه فعاليت مولكول‌هاي زيستي و نحوه تشكيل بافت است. بي وزني بر روي شكل سلول، انتقال سيگنال و پيام، تكثير و رشد سلولي، بيان ژن‌ها، مرگ سلول، سنتز و جهت گيري مولكول‌ها در ماتريكس بين سلولي و خارج سلولي تاثيرگذار است. نتايج اين مطالعات در افزايش دانش ما در مورد سلول و همچنين توسعه روش‌هاي جديد براي درمان بيماري‌ها به ويژه در مسافرت‌هاي فضايي موثر است. نتايج اين مطالعات، همچنين براي سيستم‌هاي زميني نيز سودمند است. به طور نمونه مطالعه سيستم‌هاي زيستي در شرايط بي وزني، پنجره‌اي جديد رو به كنترل فيزيولوژي در شرايط حذف نيروهاي مكانيكي و جريان هاي همرفت باز مي‌كند. چنين مطالعاتي روشن مي‌سازد كه چگونه سلول‌ها به دستكاري‌هاي شيميايي و مكانيكي پاسخ مي‌دهند و اين امكان را براي ما فراهم مي‌کنند تا بيوسنسورهايي با رزولوشن و كارايي بالاتر طراحي كنيم.

هسته، اسكلت سلولي و ماتريس خارج سلولي، مهمترين بخش‌هاي سلول هستند كه در شرايط بي وزني، در ساختمان و عمل آنها اختلال ايجاد مي‌شود. سازمان‌يابي ژن‌ها و پروتئين‌هاي تنظيمي در هسته، سازمان‌يابي اسيدهاي نوكلئيك و پروتئين‌هاي سيگنالي در سيتوپلاسم و اسكلت سلولي و همچنين سازمان يابي ماكرومولكول‌هاي تنظيمي در ماتريس خارج سلولي، همه در بيان صحيح ژن‌ها و پاسخ‌هاي فيزيولوژيك صحيح موثر است. پیشتر مطالعه سلول‌ها در شرايط بي وزني مشخص ساخت که بين ساختار سلول و عملكرد آن چون بيان ژن ها ارتباطی موجود است.

همچنين مطالعات نشان داده است كه ميكروگراويتي، يك محيط منحصر به فرد براي كشت سريع و ساده پاتوژن‌ها و ويروس‌ها چون ويروس آنفولانزا، ويروس‌هاي سيستم تنفسي، ويروس‌هاي سيستم گوارشي و ويروس نورواک است. كشت بافت در فضا و شرايط بي وزني در مقايسه با زمين، منجر به ايجاد ميزان بيشتر و بافت‌هاي بزرگتر مي‌شود كه اين امر نيز در زيست فناوري براي توليد مواد در مقياس صنعتي از اهميت ويژه اي برخوردار است.

رشد كريستال‌هاي پروتئيني در محيط فضا

 مطالعه اصول و قوانين فيزيك و شيمي در تشكيل كريستال‌هاي مولكول‌هاي زيستي در محيط بي وزني نيز از شاخه‌هاي بيوتكنولوژي فضايي است. مطالعات نشان داده است كه تشكيل كريستال برخي از مولكول‌هاي زيستي در محيط بي وزني با كيفيت بهتري صورت مي گيرد و كريستال‌هاي ايجادي داراي اندازه بزرگتر و رزولوشن بالاتري هستند به گونه‌اي كه مطالعه روي آنها و تعيين ساختمان اتمي آنها ساده‌تر است. بسياري از داروهاي موجود، ابتدا در سطح مولكولي و سپس در سطح باليني تست مي‌شوند. اين كار بسيار هزينه بر است، در حالي كه با داشتن ساختار سه بعدي، مي‌توان تعداد دفعات تست دارو را كاهش داد. همچنين با دانستن ساختار سه بعدي و مولكولي دقيق مي‌توان داروهايي طراحي كرد كه به طور اختصاصي به يك ماكرومولكول ويژه متصل شوند و روي ساير مولكول‌ها تاثيري نداشته باشند. در نتيجه عوارض جانبي دارو حذف شده و يا به حداقل مي‌رسد. به طور مثال كريستال‌هاي هورمون انسولين كه در محيط بي‌وزني ايجاد شده‌اند در مقايسه با نمونه‌هاي ايجاد شده در ازمايشگاه زميني بزرگتر و بدون عيب و نقص هستند كه به این صورت امكان مطالعه دقيق‌تر ساختمان انسولين و توسعه روش‌هاي درماني موثرتر را براي بيماران ديابتي را فراهم نموده است. مطالعاتي مشابه بر روي كريستال پروتئيني فاكتور  D (براي بيماران قلبي)، پروتئين آنتي ترومبين خون، پروتئين‌هاي ويروس ايدز (جهت توليد دارو براي درمان ايدز)، پروتئين هاي ويروس آنفولانزا، آنزيم ليزوزيم، ساختار ويروس ماهواره‌اي موزائيك توتون، ساختار هسته نوكلئوزوم، گيرنده فاكتور رشد اپيدرمي، كمپلكس ويروس اشرشياكولي با  DNA و ... نيز در محيط فضا و بي‌وزني صورت گرفته است. هدف از اين مطالعات بيوتكنولوژي، طراحي مولكول‌هاي فعال زيستي جهت استفاده و ارتقای بهداشت و سلامت انسان، حيوانات و يا كشاورزي براي توليد غذا و فيبر است.

 نانوبيوتكنولوژي فضايي نيز شاخه جديدي از علوم زيستي است که شامل استفاده از تكنولوژي در علوم زيستي فضايي در سطوح ريز و نانو است. تحقيقات آينده ناسا سعي دارد تا ماشين‌هاي كوچك با قابليت‌هاي بيشتر بسازد. به گونه‌اي كه از قوانين حاكم در طبیعت برای ساخت آنها بهره ببرد، به عنوان مثال ربات‌هايي كه مانند سيستم‌هاي زيستي، قابليت ترميم و بهبود آسيب‌هاي وارد بر خود را داشته باشند و يا مانند مولكول زيستي DNA، بخش‌هاي مختلف آن بتواند خود را تكثير و يا مضاعف كند.

فناوري‌هاي فضايي و محيط زيست  

امروزه يكي از كاربردهاي مهم داده‌هاي ماهواره‌ای، سنجش از دور است كه يك روش كسب داده و اطلاعات از اجسام، بدون تماس فيزيكي با آنها به شمار می‌آید. سهل الوصول بودن داده‌ها، دسترسي سريع به نقاط دور افتاده و دقت بالاي آنها از امتيازات خاص اين روش محسوب مي‌شود. سنجش از دور در بسياري از زمينه‌هاي علمي و تحقيقاتي چون زمين شناسي، آب شناسي، معدن، شيلات، جغرافيا، مطالعات زيست‌شناسي، مطالعات زيست‌محيطي، سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي، هواشناسي، كشاورزي، جنگلداري، توسعه اراضي و به طوركلي مديريت منابع زميني و غيره كاربرد دارد و از آن مي توان براي بررسي تغييرات دوره‌اي پديده‌هاي سطح زمين، بررسي تغيير مسير رودخانه‌ها، تغيير حد و مرز پيكره‌هاي آبي، تغيير مورفولوژي سطح زمين، تعيين حد و مرز پديده‌هاي زميني اعم از مرز انواع خاك‌ها، گياهان، محصولات كشاورزي گوناگون، پيش بيني وضع هوا و اندازه‌گيري ميزان خسارت ناشي ازبلاياي طبيعي،كشف آلودگي آب‌ها و لكه‌هاي نفتي در سطح دريا، اكتشافات معدني استفاده كرد.

مطالعه تغييرات دوره اي

 برخي از پديده‌ها و عوارض سطح زمين در طي دوره زماني تغيير مي‌کند. علت اين تغييرات مي‌تواند عوامل طبيعي مانند تغييرات آب و هوايي، يا عوامل مصنوعي مانند دخالت انسان در محيط زيست باشد. براي مثال تغيير سطح آب درياي خزر در طي يك دوره ۱۰ تا ۲۰ ساله، تغيير ميزان سطح پوشش  و جنگل‌ها درشمال كشور و تغيير پوشش گياهي نخل در جنوب كشور و ميزان آاسيب آنها در دوران جنگ را مي توان با استفاده از داده‌هاي ماهواره‌اي با دقت بسيار زيادي مطالعه كرد.

مطالعات كشاورزي و جنگلي

 تشخيص وتمايز گونه‌هاي گياهي مختلف، محاسبه سطح زير كشت محصولات كشاورزي، مطالعه مناطق آسيب ديده كشاورزي براثركم آبي يا حمله آفتهاي مختلف به آنها، مطالعه ميزان انهدام جنگلها و يا ميزان پيشرفت جنگل كاري از جمله مهمترين كاربردهاي داده‌هاي ماهواره‌اي هستند. تهيه نقشه جامع پوشش گياهي هر منطقه، تهيه نقشه آبراهه‌ها و ارتباط آنها با مناطق مستعد كشت و برآورد ميزان محصول زير كشت از كاربردهاي ديگر چنين اطلاعاتي به شمار می‌آیند. لازم به ذكر است كه وزارت بازرگاني و كشاورزي كشور ايالات متحده آمريكا از ابتداي تكوين تكنولوژي سنجش از دور همه ساله محصول كشاورزي كشور امريكا و تمام كشورهاي جهان را با استفاده ازتصاوير ماهواره‌اي برآورد مي‌كند تا برنامه‌ريزي بازار و توليد اطلاعات مفيد و لازم را به دست آورد.

مطالعات منابع آب

مطالعه آبهاي سطحي منطقه و تهيه نقشه آبراهه‌ها، بررسي تغيير مسير رودخانه‌ها بر اثر عوامل طبيعي يا مصنوعي، تخمين ميزان آب سطحي هر منطقه از جمله جالب‌ترين كاربرد داده‌هاي ماهواره‌اي است. كشور ما از جمله كشورهايي است كه با وجود داشتن منابع ‌آب هاي سطحي در بسياري مناطق از مشكل كم آبي رنج مي‌برد، كه استفاده از تكنولوژي نوين و به دست آوردن اطلاعات دقيق مي‌تواند راه گشاي استفاده بهتر از منابع آب كشور باشد.

مطالعه بلاياي طبيعي

 امروزه برآورد ميزان خسارت ناشي از بلاياي طبيعي از قبيل سيل، زلزله، آتشفشان، طوفان و غيره با استفاده از داده‌هاي ماهواره‌اي بسيار متداول است. تعيين راهبرد مناسب براي جلوگيري و كاهش خسارت بلاياي طبيعي از جمله ديگر كاربردهاي داده‌هاي ماهواره‌اي به شمار می‌آید. 

 

 

نظرات شما

[کد امنیتی جدید]