空間時(shí)間生物學(xué)

前言

現(xiàn)代載人航天技術(shù)將人類活動(dòng)的疆域拓展到外層空間，人類的足跡已踏上月球，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，火星之旅及其他星球探測(cè)也會(huì)逐漸變成現(xiàn)實(shí)。人類經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間、大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)與觀察證實(shí)，隨著漫長(zhǎng)的空間、時(shí)間和物質(zhì)的不斷演化，地球上的生物體在適應(yīng)這種演化過(guò)程中，物競(jìng)天擇，形成了以地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)和其他自然環(huán)境變化周期為基礎(chǔ)的生物節(jié)律。這些節(jié)律包括近日節(jié)律、超日節(jié)律和亞日節(jié)律。生物節(jié)律是生物體生命活動(dòng)不可分割的重要組成部分，起著生物能量和物質(zhì)的吸收與釋放的調(diào)節(jié)作用。這些節(jié)律一旦遭到破壞，會(huì)對(duì)生物體帶來(lái)不利的影響，而且有些節(jié)律一旦受到破壞，生命就要停止。生物節(jié)律是內(nèi)在的，源自生物體內(nèi)的生物鐘或起搏器（pacemaker）。以近日節(jié)律為例，在恒定條件下（通常是無(wú)光和恒溫），節(jié)律以近日周期“自激振蕩（free—running）”。同時(shí)，內(nèi)在的節(jié)律又與自然環(huán)境相適應(yīng)，自激振蕩的節(jié)律能被環(huán)境時(shí)間信息重置或?qū)б?。生物體（包括人類）到了外層空間或其他星球，空間環(huán)境（包括引力環(huán)境）及時(shí)間信息發(fā)生巨大變化，以地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)為周期形成的清晨和夜晚的更迭及春、夏、秋、冬的變遷蕩然無(wú)存。這些變化對(duì)生物體有哪些影響？1931年，美國(guó)著名的飛行家威利?波斯特獨(dú)自駕駛單引擎飛機(jī)向西飛行歷時(shí)8天，創(chuàng)下了環(huán)游世界的壯舉，他也因此而成為領(lǐng)受并記錄飛行“時(shí)差”感的第一人。今天，這種令人煩惱的“時(shí)差征”已廣為人知。作為飛行員，他注意到了在不同的地理經(jīng)度上環(huán)境時(shí)間信息的改變對(duì)他帶來(lái)的影響。據(jù)說(shuō)，他發(fā)現(xiàn)了人類身體每天所能夠適應(yīng)的時(shí)區(qū)變化范圍不超過(guò)2小時(shí)。1961年4月12日，原蘇聯(lián)航天員加加林首次代表人類造訪太空。人類在隨后的航天活動(dòng)中就空間生物節(jié)律問(wèn)題做過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)與觀察。美國(guó)于20世紀(jì)60年代利用“雙子星座”號(hào)飛行任務(wù)，對(duì)航天員的心率、睡眠等節(jié)律進(jìn)行過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)在短期航天飛行中，盡管航天器艙外的環(huán)境極端惡劣，但在艙內(nèi)為航天員建造一種自激振蕩的節(jié)律環(huán)境，加之某些授時(shí)因子的導(dǎo)引，艙內(nèi)航天員的生物節(jié)律可以保持與地球環(huán)境晝夜節(jié)律基本一致。當(dāng)然這是一件很不容易的事，目前的載人航天任務(wù)中一些航天員在飛行中還是很難入睡或睡眠時(shí)間嚴(yán)重不足，以致對(duì)飛行任務(wù)的執(zhí)行產(chǎn)生影響。

內(nèi)容概要

《空間時(shí)間生物學(xué)》是揭示生物體在空間時(shí)間條件下生物節(jié)律、時(shí)間結(jié)構(gòu)、節(jié)律導(dǎo)引與工程的一部創(chuàng)學(xué)科開篇之作。本書是在多年載人航天發(fā)展的基礎(chǔ)上，以現(xiàn)代生命科學(xué)，特別是生理學(xué)、分子生物學(xué)與現(xiàn)代生物技術(shù)的最新研究成果為基礎(chǔ)，順應(yīng)載人航天技術(shù)發(fā)展的需要編寫而成。本書系統(tǒng)地介紹了空間時(shí)問(wèn)生物學(xué)的基礎(chǔ)理論、體系結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)方法，闡述了載人航天外太空環(huán)境生物節(jié)律的生理基礎(chǔ)、空間生物節(jié)律分子生物學(xué)機(jī)制、空間環(huán)境生物節(jié)律變化和導(dǎo)引及今后發(fā)展的方向和趨勢(shì)等內(nèi)容。本書對(duì)于人類在空間長(zhǎng)時(shí)間逗留及對(duì)深空探測(cè)中所遇到的醫(yī)學(xué)與健康維護(hù)問(wèn)題進(jìn)行深入研究具有重要的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。    本書可作為從事載人航天領(lǐng)域研究的科技工作者的參考書，亦可作為航空航天醫(yī)學(xué)、空間生物學(xué)、時(shí)間生物學(xué)專業(yè)的研究生教材。

書籍目錄

第一章  空間時(shí)間生物學(xué)概論  第一節(jié)  基本概念與學(xué)科組成  第二節(jié)  空間時(shí)間生物學(xué)的形成與發(fā)展  第三節(jié)  空間和時(shí)間  第四節(jié)  空間時(shí)間生物學(xué)節(jié)律類型  第五節(jié)  空間時(shí)間生物學(xué)的節(jié)律特征和基本模型  第六節(jié)  空間飛行的生物節(jié)律  第七節(jié)  空間時(shí)間生物學(xué)主要相關(guān)學(xué)科第二章  空間時(shí)間生物學(xué)環(huán)境基礎(chǔ)  第一節(jié)  空間環(huán)境概況  第二節(jié)  空間環(huán)境節(jié)律第三章  空間時(shí)間生物學(xué)生理基礎(chǔ)  第一節(jié)  生物節(jié)律的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)  第二節(jié)  生物節(jié)律的生理機(jī)制  第三節(jié)  穩(wěn)態(tài)與近日節(jié)律性第四章  空間生物節(jié)律分子生物學(xué)機(jī)制  第一節(jié)  細(xì)胞水平上的生物節(jié)律  第二節(jié)  分子水平上的生物節(jié)律  第三節(jié)  生物節(jié)律的基因調(diào)控  第四節(jié)  空間環(huán)境中生物節(jié)律基因的變化第五章  空間環(huán)境生物節(jié)律變化  第一節(jié)  空間環(huán)境中心肺功能節(jié)律變化  第二節(jié)  空間環(huán)境中體溫節(jié)律的變化  第三節(jié)  空間環(huán)境中睡眠節(jié)律的變化  第四節(jié)  空間環(huán)境對(duì)內(nèi)分泌節(jié)律的影響  第五節(jié)  空間環(huán)境對(duì)行為的影響  第六節(jié)  其他飛行因素對(duì)生物節(jié)律的影響第六章  空間生物節(jié)律導(dǎo)引  第一節(jié)  空間飛行中生物節(jié)律的光性導(dǎo)引  第二節(jié)  空間飛行中生物節(jié)律的非光性導(dǎo)引第七章  空間時(shí)間生物學(xué)研究方法  第一節(jié)  空間時(shí)間生物學(xué)的數(shù)學(xué)模型  第二節(jié)  生物模型  第三節(jié)  空間時(shí)間生物學(xué)研究及數(shù)據(jù)采集方法  第四節(jié)  節(jié)律信號(hào)分析與識(shí)別第八章  空間時(shí)間生物學(xué)展望  第一節(jié)  深空探測(cè)  第二節(jié)  空間時(shí)間生物學(xué)與深空探測(cè)  第三節(jié)  空間時(shí)間生物學(xué)對(duì)生命科學(xué)的貢獻(xiàn)  第四節(jié)  空間時(shí)間生物學(xué)在載人航天發(fā)展中的作用中英文對(duì)照

章節(jié)摘錄

第一章 空間時(shí)間生物學(xué)概論空間時(shí)間生物學(xué)是人類載人航天發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。國(guó)外開展空間生物節(jié)律的研究已有多年，但尚未從空間時(shí)間生物學(xué)的高度來(lái)認(rèn)識(shí)這個(gè)學(xué)科并形成該領(lǐng)域系統(tǒng)的理論知識(shí)、科學(xué)的研究方法、適宜的學(xué)科框架及學(xué)科的教材或?qū)Ｖ?。?guó)內(nèi)有關(guān)空間時(shí)間生物學(xué)方面的研究尚在起步階段。21世紀(jì)將是人類載人航天大發(fā)展的重要時(shí)期，隨著中、長(zhǎng)期載人航天飛行越來(lái)越頻繁，人類將面對(duì)長(zhǎng)時(shí)間脫離地球環(huán)境時(shí)間暗示（environment time cue）條件，在地球環(huán)境形成的生物節(jié)律將受到嚴(yán)重影響?；谶@種情況，我們認(rèn)為有必要從空間時(shí)間生物學(xué)這個(gè)高度深入研究生物體（包括人類）在空間環(huán)境時(shí)間暗示條件下的生物節(jié)律，揭示空間時(shí)間生物學(xué)的基本理論與內(nèi)涵、節(jié)律機(jī)制及其基本特征和節(jié)律的導(dǎo)引（entrain—ment）問(wèn)題，為人類載人航天的發(fā)展發(fā)揮應(yīng)有的作用。　　第一節(jié) 基本概念與學(xué)科組成空間時(shí)間生物學(xué)（space chronobiology）是揭示生物體在空間時(shí)間條件下生物節(jié)律、時(shí)間結(jié)構(gòu)、節(jié)律導(dǎo)引及工程的一門新興學(xué)科。現(xiàn)代航天技術(shù)把人類的活動(dòng)范圍從地球擴(kuò)展到了外層空間。在廣闊的宇宙中，千億顆恒星家族無(wú)不按照各自固有的節(jié)律周期性地運(yùn)動(dòng)著，就像地球圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)，月亮圍繞地球轉(zhuǎn)……受地球及其他天體周期性運(yùn)行節(jié)律的影響，地球上的生物體在漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化（evolution）過(guò)程中，從單個(gè)細(xì)胞到高等動(dòng)植物及人類自身，均存在著按照一定規(guī)律運(yùn)行的、周期性的生命活動(dòng)現(xiàn)象，這種生命活動(dòng)現(xiàn)象經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究證明是明顯的節(jié)律性活動(dòng)，稱為生物節(jié)律（biological rhythm）。生物節(jié)律是一切生物存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，如果沒(méi)有嚴(yán)格的生物節(jié)律，生物的生命就要受到威脅，有些節(jié)律一旦被破壞，生命就不復(fù)存在。生物節(jié)律是以空間和時(shí)間形式展現(xiàn)的。大量實(shí)驗(yàn)證明，生物節(jié)律是生物體在地球環(huán)境經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的空間、時(shí)間變化和進(jìn)化而形成的內(nèi)源性節(jié)律。這些節(jié)律在沒(méi)有受到外界授時(shí)因子（zeitgeber）影響的情況下可以保持其特定的節(jié)律周期，但一旦有授時(shí)因子的導(dǎo)引，其節(jié)律周期和相位將會(huì)隨著授時(shí)因子發(fā)生變化。

編輯推薦

《空間時(shí)間生物學(xué)》可作為從事載人航天領(lǐng)域研究的科技工作者的參考書，亦可作為航空航天醫(yī)學(xué)、空間生物學(xué)、時(shí)間生物學(xué)專業(yè)的研究生教材。

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