Космічна біологія, комплекс переважно біологічних наук, що вивчають: 1) особливості життєдіяльності земних організмів в умовах космічного простору і при польотах на космічних літальних апаратах (космічна фізіологія, екофізіология і екобіология); 2) принципи побудови біологічних систем забезпечення життєдіяльності членів екіпажів космічних кораблів і станцій (замкнутих екологічних систем); 3) позаземні форми життя (екзобіология). До. б. — синтетична наука, що зібрала в єдине ціле досягнення різних розділів біології, авіаційної медицини, астрономії, геофізики, радіоелектроніки і багатьох ін. наук і що створила на їх основі власні методи дослідження. Роботи по До. б. ведуться на різних видах живих організмів, починаючи з вірусів і кінчаючи ссавцями. Для досліджень в космічному просторі в СРСР вже використано понад 56, а в США понад 36 видів біологічних об'єктів.
У формуванні наукових основ До. б., як і космічної медицини, велику роль в СРСР зіграли дослідження Л. А. Орбелі, Ст Ст Стрельцова, Н. М. Добротворського, А. П. Аполлонова, Н. М. Сисакяна, А. Ст Лебединського, Ст Ст Паріна, Ст Н. Чернігівського, О. Г. Газенко і др.; у США — Х. Армстронга, Р. Лавлейса, Х. Штругхольда, Д. Флікинджера, П. Кемпбелла, А. Грейбіла і др.; у Франції — Р. Гранпьера; у Італії — Р. Маргарин; у ФРН(Федеральна Республіка Німеччини) — Ю. Ашоффа, О. Гауера. У проведенні біологічних досліджень в космічному просторі, окрім СРСР і США, беруть участь також Франція, Італія і ФРН(Федеральна Республіка Німеччини). Проте найбільш значний внесок у розвиток До. б. зроблений працями учених СРСР і США. Перші біологічні експерименти в верхніх шарах атмосфери і в космосі з використанням повітряних куль почалися в СРСР і США в 1930-х рр. Кульмінаційним пунктом того періоду з'явилися генетичні експерименти, проведені в 1935 на стратостатах «СРСР-1-БИС» і «Експлорер-2» — США. Це була спроба виявити вплив космічної радіації на процеси мутагенезу .
Першочергове завдання До. б. — вивчення впливу чинників космічного польоту (прискорення, вібрація, невагомість, змінене газове середовище, обмежена рухливість і повна ізоляція в замкнутих герметичних об'ємах і ін.) і космічного простору (вакуум, радіація, зменшена напруженість магнітного поля і ін.). Дослідження по До. б. ведуться в лабораторних експериментах, в тій чи іншій мірі відтворюючих вплив окремих чинників космічного польоту і космічного простору. Проте найбільш істотне значення мають льотні біологічні експерименти, в ході яких можна вивчити вплив на живий організм комплексу незвичайних чинників зовнішнього середовища.
У міру підйому на висоту перш за все змінюються умови дихательного газообміну . Так, вже на висоті 15 км. при барометричному тиску близько 87 мм рт. ст. дихання неможливе навіть при вдиханні чистого кисню. На висоті 19,2 км. в організмі теплокровних тварин починається «закипання» рідин, т. до. барометрическое тиск стає рівним тиску водяної пари в рідких середовищах організму при 37 °С. На висоті 36—40 км. вищерозміщений шар атмосфери виявляється недостатнім для поглинання первинного космічного випромінювання і починає виявлятися його біологічна приголомшуюча дія, а також дія ультрафіолетових (УФ) променів з довжиною хвилі 3000—2100 . Проте унаслідок слабкої проникаючої здатності УФ радіації герметична кабіна космічного корабля досить надійний захищає біологічні об'єкти, що знаходяться в ній, від її дії. На висоті 100—120 км. і більш від поверхні Землі виникає, хоча і незначна, небезпека зустрічі з метеоритами. Ще вище, у зв'язку з практично повною відсутністю атмосфери, виключаються умови для поширення звукових хвиль, зникає явище розсіяння світла і створюються різкі контрасти між освітленими і затіненими поверхнями; утруднено сприйняття простору, його глибини. На штучному супутнику Землі (ІСЗ) виникає стан динамічної невагомості, т. до. сила тяжіння Землі врівноважується рівною їй відцентровою силою, що розвивається при польоті по орбіті.
Першим етапом біологічних досліджень, що проводяться в СРСР і США в 40—50-х рр. 20 ст у умовах, близьких до космічного польоту, з'явилися багатократні польоти собак, мавп і ін. тварин в ракетах на висотах до 500 км. В ході цих дослідів вивчалися можливості створення необхідних умов для життя тварин при польотах в герметичних кабінах (або в спеціальних скафандрах в негерметичних кабінах), розроблялися засоби і методи, що забезпечують безпеку польоту, катапультування і парашутування з великих висот, вивчалася біологічна дія первинного космічного випромінювання. Отримані дані дозволили зробити вивід про переносимість високоорганізованими тваринами режимів прискорень при ракетному польоті і стану динамічної невагомості тривалістю до 20 хвилин. Наступним етапом біологічних досліджень в космічних польотах з'явився тривалий політ собаки Лайки на радянському ІСЗ(штучний супутник Землі)-2. Третій етап був пов'язаний із створенням повертаних на Землю космічних кораблів-супутників (ККС) що дозволили різко розширити програму досліджень за рахунок включення в «екіпаж» кораблів ряду нових біологічних об'єктів, а також провести багатомісячні дослідження тваринних і рослинних об'єктів після польоту. Льотні експерименти ставилися на собаках, щурах, мишах, морських свинках, жабах, мухах-дрозофілах, вищих рослинах (традесканція, насіння пшениці, гороху, лука, кукурудзи, нігелли, проростки рослин в різних стадіях розвитку), на ікрі равлика, одноклітинних водоростях (хлорела), культурі тканин людини і тварин, бактерійних культурах, вірусах, фагах, деяких ферментах і ін. Під час польоту в кабіні підтримувалися нормальні барометричний тиск (760±10 мм рт. ст. ) і температура (18±3 °С); вміст кисню вагався від 20 до 24%, відносна вологість повітря — від 35 до 50%. Культури тканин і ін. біологічні об'єкти знаходилися в термостаті з автоматичним регулюванням температури. Собаки отримували в автоматичних годівницях желеподібну їжу; дрібні лабораторні тварини мали вільний доступ до їжі і води. Деякі біологічні об'єкти для підвищення їх чутливості до опромінення містилися в атмосфері, збагаченій киснем. У собак методом радіотелеметрії реєстрували електрокардіограму (ЕКГ), артеріальний пульс, пневмограму, фонокардіограму, електроміограму, сейсмограму, температуру тіла, рухову активність, поведінку (за даними телевізійного спостереження). У всіх дослідах виділялися групи контрольних тварин, що піддавалися тим же діям, що і піддослідні, за винятком невагомості.
На ділянці виведення на орбіту у всіх собак виявлені типові для дії прискорень почастішання пульсу і дихання, що поступово зникали після переходу корабля на орбітальний політ. Найбільш важливий безпосередній ефект дії прискорень — зміни легеневій вентиляції і перерозподіл крові в судинній системі, у тому числі в малому крузі, а також зміни в рефлекторній регуляції кровообігу. Нормалізація пульсу після дії прискорень в невагомості відбувається значно повільніше, ніж після випробувань на центрифузі в умовах Землі. Як середні, так і абсолютні значення частоти пульсу в невагомості були нижчі, ніж у відповідних моделюючих дослідах на Землі, і характеризувалися вираженими коливаннями. Аналіз рухової активності собак показав досить швидку адаптацію до незвичайних умов невагомості і відновлення здібності до координованих рухів. Такі ж результати були отримані і в експериментах на мавпах. Дослідженнями умовних рефлексів у щурів і морських свинок після повернення їх з космічного польоту встановлено відсутність змін в порівнянні з предполетнимі дослідами.
Біохімічними дослідженнями крові і сечі собак, щурів і мишей що повернулися з польоту, встановлені деякі скороминущі зміни, відповідні прояву стресу-реакцій (див. Адаптаційний синдром ) . У двох собак, що зробили космічний політ на ККС-2, після польоту встановлені хвилеподібні коливання імунологічної реактивності з періодами депресії і активації. Подібні, але менш виражені коливання знайдені і у собак, що літали на ККС-4 і ККС-5. Цитологичеськимі і гістологічними методами у мишей, що літали на ККС-2, виявлено збільшення хромосомних перебудов в клітинах кісткового мозку, поява юних форм, деяке пригноблення кровотворення. Важливими для подальшого розвитку екофізіологичеського напряму досліджень з'явилися експерименти на радянському біосупутнику «Космос-110» з двома собаками на борту (1966) і на американському біосупутнику «Біос-3», на борту якого знаходилася мавпа (1969). Під час 22-добового польоту собаки вперше підпадали під не лише вплив неминуче властивих космічному рейсу чинників, але і ряд спеціальних дій (роздратування синусного нерва електричним струмом, передавлення сонних артерій і т. д.), що мали на меті з'ясувати особливості нервової регуляції кровообігу в умовах невагомості. Кров'яний тиск у тварин реєструвався прямим дорогою (катетеризація судин). Траса супутника «Космос-110» на кожному витку входила у внутрішній радіаційний пояс Землі . Внаслідок цього на борту проводилися дозиметричні виміри. Післяполітні дослідження і аналіз отриманої інформації показали, що тривалий космічний політ супроводиться у високоорганізованих ссавців розвитком детренірованності сердечнососудістой системи, порушенням водно-сольового обміну, зокрема значним зменшенням вмісту кальцію в кістках (декальцинування).
Під час польоту мавпи на біосупутнику « Біос-3», що продовжувався 8,5 діб, були виявлені серйозні зміни циклів сну і неспання (фрагментація станів свідомості, швидкі переходи від сонливості до неспання, помітне скорочення фаз сну, пов'язаних з сновидіннями і глибокою дрімотою), а також порушення добової ритміки деяких фізіологічних процесів. Що послідувала незабаром після дострокового закінчення польоту смерть тварини була, на думку ряду фахівців, обумовлена впливом невагомості, яка привела до перерозподілу крові в організмі, втраті рідини і порушенню обміну калія і натрію.
Генетичні дослідження, проведені в орбітальних космічних польотах, показали, що перебування в космічному просторі надає стимулюючий ефект на сухе насіння лука і нігелли (швидше проростання і розвиток сіянців). Прискорення ділення клітин було виявлено на проростках гороху, кукурудзи, пшениці. У культурі стійкої до радіації раси актиноміцетів виявилися в 6 разів більше спор, що вижили, і колоній, що розвивалися, чим в контролі, тоді як в чутливому до радіації штамі сталося зниження відповідних показників в 12 разів.
На дрозофілах після польоту було проведено порівняння з контролем частоти летальних мутацій в Х-хромосомі, ведучих до ранньої смерті, а також частоти первинного нерозходження хромосом. Аналіз статистично достовірного збільшення частоти зчеплених з підлогою рецесивних летальних мутацій, проведений із зіставленням сумарної дози опромінення під час польотів і з оцінкою результатів спеціально поставлених наземних дослідів, показав, що встановлені генетичні зміни не можна пояснити лише дією радіації. Слід передбачати комбіновану дію всіх чинників польоту, зокрема динамічних (прискорення, невагомість вібрації). Можливо, що деякі чинники сенсибілізіруют організм до одночасної дії інших. Так, при проведенні біологічних експериментів на американському біосупутнику «Біос-2» (1967), на борту якого знаходилося штучне джерело гамма-випромінювання, було встановлено, що невагомість в одних біооб'єктів підвищувала радіочутливість, в інших — знижувала.
Наступним етапом в здійсненні програми біологічних досліджень в космосі з'явилися експерименти, проведені на трасі Земля — Місяць — Земля. Досліди на цій трасі зробили можливим вивчення (за відсутності екрануючого впливу магнітних полів і атмосфери Землі) біологічних ефектів іонізуючих випромінювань радіаційних поясів Землі, а також важкої компоненти первинного космічного випромінювання і протонів сонячних спалахів. Дослідження здійснювалися при польотах радянських автоматичних станцій серії «3онд» з вересня 1968 по жовтень 1970. На борту станцій розміщували черепах, дрозофіл, лук ріпчастий, насіння рослин, різні штами хлорели, кишкової палички і ін. біологічні об'єкти. Сумарна доза опромінення у всіх польотах була приблизно однаковою. Після повернення на Землю черепахи були активні: багато рухалися і їли. Дослідження деяких показників крові (кількість лейкоцитів, еритроцитів, гемоглобіну) і ЕКГ не виявили істотних відмінностей у тварин, що побували в космосі, в порівнянні з контрольними. Політ стимулював зростання і розвиток насіння пшениці, ячменю, лука, поява в них хромосомних порушень. Ці зміни, як правило, не відрізнялися від зрушень, зареєстрованих в біологічних об'єктах, що побували на низьких навколоземних орбітах. Відносно велике число перебудов хромосом наголошувалося в насіння сосни, ячменю, збільшення числа мутантів — у хлорели.
Комплекс експериментів з різними біооб'єктами (насіння, вищі рослини, ікра жаб мікроорганізми і т. д.) був проведений на радянському ІСЗ(штучний супутник Землі) «Космос-368» (1970), ККС «Союз» і першою в світі орбітальної станції «Салют» (1971); західнонімецький експеримент з медичними п'явками — на висотних ракетах США і Франції (1970), спільний італо-амеріканський експеримент з жабами — на супутнику OFA (1970); мікробіологічний експеримент на поверхні Луни був виконаний екіпажем американського космічного корабля «Аполлон-16» (1972).
В результаті проведених біологічних досліджень на висотних і балістичних ракетах, ІСЗ(штучний супутник Землі), ККС і ін. космічних літальних апаратах встановлено, що людина може жити і працювати в умовах космічного польоту порівняльний тривалий час. Показано, що невагомість знижує переносимість організмом фізичних навантажень і утрудняє реадаптацию до умов нормальної (земний) гравітації. Важливий результат біологічних досліджень в космосі — встановлення того факту, що невагомість не володіє мутагенною активністю, принаймні відносно генних і хромосомних мутацій . При підготовці і проведенні подальших екофізіологичеських і екобіологичеських досліджень в космічних польотах основна увага буде приділена вивченню впливу невагомості на внутріклітинні процеси, біологічним ефектам важких часток з великим зарядом, добовій ритміці фізіологічних і біологічних процесів, комбінованим діям ряду чинників космічного польоту.
Наступна найважливіша проблема До. б. (як і космічної медицини) — розробка біологічних основ і принципів забезпечення нормальної життєдіяльності людини в умовах тривалого перебування в космосі. Лише на цій основі може бути створена ефективна система життєзабезпечення (див. Життєзабезпечення в космічному польоті).
Експериментальне підтвердження відсутності життя на Луне (засновано на вивченні місячного грунту) — перший важливий результат в області наступного розділу До. б. — екзобіологиі .
Дослідження по До. б. дозволили розробити низку захисних заходів і підготували можливість безпечного польоту в космос людини, що і було здійснено польотами радянських, а потім і американських кораблів з людьми на борту. Значення До. б. цим не вичерпується. Дослідження в області До. б. будуть і надалі особливо потрібні для вирішення низки запитань, зокрема для біологічної розвідки нових космічних трас. Це зажадає розробки нових методів біотелеметрії, створення тих, що імплантуються пристроїв для малої телеметрії (від об'єкту до бортового передавача), перетворення різних видів енергії, що виникає в організмі, на необхідну для живлення таких пристроїв електричну енергію, нових методів «стискування» інформації і ін. Надзвичайно важливу роль До. б. зіграє і в розробці необхідних для тривалих польотів біокомплексів, або замкнутих екологічних систем з автотрофними і гетеротрофними організмами.
Перша публікація про результати радянських біологічних експериментів в космосі була зроблена в 1956. Матеріали по біологічних і медичних дослідженнях видаються в СРСР в збірках праць інституту медико-біологічних проблем міністерства охорони здоров'я СРСР, в журналі АН(Академія наук) СРСР «Космічні дослідження», в багатотомному виданні «Проблеми космічній біології», в журналах «Космічна біологія і медицина», «Авіація і космонавтика» і ін., за кордоном — в періодичних виданнях «Aerospace Medicine», «Bioscience», «Rivista di Medicina Aeronauticae Spaziale», «Space Flight», «Space Life Sciences».
Космос стає ареною міжнародної співпраці. Це поширюється і на До. б. СРСР проводить спільні дослідження в області До. б. з соціалістичними країнами за програмою «Інтеркосмос». Ведеться робота із створення спільної радянсько-американської праці «Основи космічної біології і медицини». У 1972 підписана угода між урядами СРСР і США про співпрацю в дослідженні і використанні космічного простору в мирних цілях, який передбачає, зокрема, співпрацю в області До. б.
Літ.: Циолковський До. Е., Дорога до зірок, М., 1960; Газенко О. Р., Деякі проблеми космічній біології, «Вісник АН(Академія наук) СРСР», 1962 №1; Сисакян Н. М., Газенко О. Р., Генін А. М., Проблеми космічної біології, в кн.: Проблеми космічної біології, т. 1, М., 1962; Ларін Ст Ст, Баєвський Р. М., Деякі проблеми сучасної біологічної телеметрії, «фізіологічний журнал СРСР», 1964, т. 50 №8; Газенко О. Р., Космічна біологія, в кн.: Розвиток біології в СРСР, М., 1967; Газенко О. Р., Парфенов Р. П., Результати і перспективи досліджень в області космічної генетики, «Космічна біологія і медицина», 1967, т. 1 № 5; Adey W. R., Hahn P. М., Introduction — Biosatellite III results, «Aerospace Medicine», 1971, v. 42 № 3, р. 273—80; Grandpierre R., Space biology tests in March 1967. [Les experiences de biologic spatiale de Mars 1967], «Revue de medicine aéronautique et spatiale», 1968, t. 7, р. 217—219; Jenkins D. W., USSR and US bioscience, «Bioscience», 1968, v. 18 № 6, р. 543; Lotz R. G. A., Extraterrestrische Biologic, «Urnschau in Wissenschaft und Technik», 1972, Jg. 72, Н. 5, S. 154—57; Young R. S., Biological experiments in space, «Space Science Reviews», 1968, v. 8 № 5—6, р. 665—89.
