Sunce je glavni izvor zračenja za život na Zemlji. Klikni za veću sliku
Svemirska putovanja imaju svoje opasnosti. Neke životinje i biljke razvile su zaštitnu oblogu ili pigmentaciju, ali neki oblici bakterija zapravo mogu popraviti štetu na njenoj DNK od zračenja. Budući svemirski putnici mogu iskoristiti ove tehnike kako bi umanjili štetu koju dobivaju od dugog izlaganja.
U filmovima Star Wars i Star Trek ljudi s lakoćom putuju između planeta i galaksija. Ali naša budućnost u svemiru još uvijek nije sigurna. Ako se stave po strani hiperpogon i crvotočine, ne čini se da bi ljudsko tijelo moglo izdržati duže izlaganje oštrom zračenju vanjskog svemira.
Zračenje dolazi iz mnogih izvora. Sunčeva svjetlost stvara raspon valnih duljina, od dugovalnog infracrvenog signala, do ultraljubičastog (UV) kratkih valnih duljina. Pozadinsko zračenje u svemiru sastoji se od visokoenergetskih X-zraka, gama zraka i kozmičkih zraka koji mogu svi pustošiti sa stanicama u našim tijelima. Budući da takvo ionizirajuće zračenje lako prodire kroz zidove svemirskih brodova i svemirske odijele, danas astronauti moraju ograničiti svoje vrijeme u svemiru. No, biti u svemiru čak i kratko vrijeme uvelike povećava izglede za razvoj karcinoma, katarakte i drugih zdravstvenih problema povezanih s zračenjem.
Da bismo riješili taj problem, u prirodi ćemo možda naći nekoliko korisnih savjeta. Mnogi su organizmi već osmislili učinkovite strategije zaštite od zračenja.
Lynn Rothschild iz NASA-inog istraživačkog centra Ames kaže da je zračenje oduvijek predstavljalo opasnost za život na Zemlji i zato je život morao pronaći načine kako se nositi s tim. To je bilo posebno važno u najranijim godinama Zemlje, kada su se sastojci za život prvi put sakupljali. Budući da naš planet u početku nije imao puno kisika u atmosferi, nedostajao mu je i ozonski (O3) sloj koji bi spriječio štetno zračenje. To je jedan od razloga zašto mnogi vjeruju da je život nastao pod vodom, jer voda može filtrirati štetne valne duljine svjetlosti.
Ipak fotosinteza? transformacija sunčeve svjetlosti u kemijsku energiju? razvio relativno rano u povijesti života. Fotosintetski mikrobi poput cijanobakterija koristili su sunčevu svjetlost za izradu hrane još prije 2,8 milijardi godina (a možda i ranije).
Rani život se, dakle, uključio u osjetljiv čin uravnoteženja, učeći koristiti zračenje za energiju, istovremeno se štiteći od štete koju zračenje može prouzrokovati. Iako sunčeva svjetlost nije tako energična kao X-zrake ili gama zrake, UV valne duljine preferirano apsorbiraju DNK baze i aromatske aminokiseline proteina. Ova apsorpcija može oštetiti stanice i osjetljive DNA dijelove koji kodiraju upute za život.
"Problem je u tome što, ako ćete pristupiti sunčevom zračenju radi fotosinteze, morate uzimati dobro s lošima - također se izlažete ultraljubičastom zračenju", kaže Rothschild. "Dakle, postoje različiti trikovi za koje mislimo da su rani život koristili, kao što to danas ima rad."
Osim što se skriva pod tekućom vodom, život koristi i druge prirodne barijere UV zračenja, poput leda, pijeska, stijena i soli. Kako su se organizmi nastavili razvijati, neki su uspjeli razviti vlastite zaštitne barijere poput pigmentacije ili žilave vanjske ljuske.
Zahvaljujući fotosintetskim organizmima koji atmosferu ispunjavaju kisikom (i stvarajući tako ozonski omotač), većina organizama na Zemlji danas se ne treba boriti sa visokoenergetskim UV-C zracima, X-zrakama ili gama zracima iz svemira. Zapravo jedini organizam za koji se zna da preživljava izlaganje u svemiru? barem kratkoročno - su bakterije i lišajevi. Bakterijama treba malo oklopa kako ih UV zračenje ne bi pržilo, ali lišajevi imaju dovoljno biomase da djeluju kao zaštitna odijela.
Ali čak i ako postoji dobra barijera, ponekad nastaju oštećenja od zračenja. Lišajevi i bakterije prezimuju dok su u svemiru? ne rastu, ne razmnožavaju se ili ne sudjeluju ni u jednoj od svojih normalnih životnih funkcija. Po povratku na Zemlju, oni izlaze iz ovog uspavanog stanja i, ako dođe do oštećenja, proteini u stanici rade na sastavljanju nizova DNK koji su razdvojeni zračenjem.
Ista kontrola oštećenja događa se s organizmima na Zemlji kada su izloženi radioaktivnim materijalima poput urana i radija. Bakterija Deinococcus radiodurans glavni je prvak kada je u pitanju ova vrsta popravljanja zračenja. (Međutim, kompletan popravak nije uvijek moguć, zbog čega izloženost zračenjem može dovesti do genetskih mutacija ili smrti.)
"Živim u vječnoj nadi da ću ukloniti D. radiodurans", kaže Rothchild. Njezina potraga za mikroorganizmima otpornim na zračenje dovela ju je do vrućeg izvora Paralana u Australiji. Granitne stijene bogate uranom emitiraju gama zrake, dok smrtonosni radonski plinovi izlaze iz vruće vode. Život na proljeće je, dakle, izložen visokim razinama zračenja? i dolje, od radioaktivnih materijala i gore, od jake UV svjetlosti australijskog sunca.
Rothschild je za vruće izvorište saznao od Roberta Anitorija s australijskog Centra za astrobiologiju Sveučilišta Macquarie. Anitori je slijedio 16S ribosomalne RNA gene i kultivirao bakterije koje prilično sretno žive u radioaktivnim vodama. Kao i drugi organizmi na Zemlji, Paranona cijanobakterije i drugi mikrobi mogu stvoriti barijere kako bi se zaštitili od zračenja.
"Primijetila sam čvrst, gotovo silikonski sloj na nekim mikrobnim otiračima", kaže Anitori. "A kad kažem" sličan silikonu ", mislim na vrstu koju upotrebljavate za ivice prozora."
"Osim mogućih zaštitnih mehanizama, sumnjam da mikrobi u Paralani također imaju dobre mehanizme za popravak DNA", dodaje Anitori. Trenutno on može samo nagađati o metodama koje koriste organizmi paralele za preživljavanje. Međutim, on planira pomno istražiti njihove strategije otpornosti na zračenje kasnije ove godine.
Pored Paralane, Rothschildova istraga dovela ju je i do izuzetno sušnih područja u Meksiku i bolivijskim Andama. Kako se ispostavilo, mnogi organizmi koji su se razvili da žive u pustinjama također su prilično dobri u preživljavanju izlaganja zračenju.
Dugotrajan gubitak vode može uzrokovati oštećenje DNK, ali neki su organizmi razvili učinkovite sustave za popravak u borbi protiv ove štete. Moguće je da se isti ti sustavi za popravak dehidracije koriste kada organizam treba popraviti štetu uzrokovanu zračenjem.
Ali takvi bi organizmi mogli potpuno izbjeći štetu jednostavno sušenjem. Manjak vode u isušenim, uspavanim stanicama čini ih mnogo manje osjetljivim na učinke ionizirajućeg zračenja, što može naštetiti stanicama stvaranjem slobodnih radikala vode (hidroksilni ili OH radikal). Budući da slobodni radikali imaju nesparene elektrone, žarko pokušavaju komunicirati s DNK, proteinima, lipidima u staničnim membranama i bilo čim drugim što mogu pronaći. Olupina koja je rezultirala može dovesti do kvara organele, blokiranja diobe stanica ili uzrokovati staničnu smrt.
Eliminiranje vode u ljudskim stanicama, vjerojatno nije praktično rješenje za minimiziranje izloženosti zračenju u prostoru. Znanstvena fantastika dugo se igrala sa idejom da ljude stavi u suspendiranu animaciju na duga svemirska putovanja, ali pretvaranje ljudi u iskrivljene, osušene grožđice i njihovo ponovno vraćanje u život nije medicinski moguće - ili vrlo privlačno. Čak i kad bismo mogli razviti takav postupak, kad se humane grožđice rehidriraju, one bi opet bile osjetljive na oštećenja zračenja.
Možda jednog dana možemo genetski inženjerirati ljude da imaju iste sustave za super-popravljanje zračenja kao mikroorganizmi poput D. radiodurans. Ali čak i ako bi bilo moguće takvo vezanje s ljudskim genomom, ti otporni organizmi nisu 100% otporni na oštećenja zračenjem, pa bi zdravstveni problemi nastavili.
Dakle, od tri poznata mehanizma koja je život osmislio za borbu protiv oštećenja od zračenja - prepreke, popravak i isušivanje - najneposrednije praktično rješenje za ljudski svemirski let bilo bi osmišljavanje boljih barijera zračenja. Anitori smatra da bi mu proučavanje organizama proljeća Paralana jednog dana moglo pomoći u stvaranju takvih prepreka.
"Možda će nas priroda podučavati oponašajući neke zaštitne mehanizme koje koriste mikrobi", kaže on.
I Rothschild kaže da bi studije zračenja mogle pružiti i neke važne lekcije dok promatramo uspostavljanje zajednica na Mjesecu, Marsu i drugim planetima.
"Kada počnemo graditi ljudske kolonije, uzimat ćemo organizme sa sobom. Na kraju ćete htjeti uzgajati biljke i možda stvarati atmosferu na Marsu i na Mjesecu. Možda ne želimo potrošiti trud i novac kako bismo ih u potpunosti zaštitili od UV i kozmičkog zračenja. "
Pored toga, kaže Rothschild, „ljudi su samo puni mikroba, a mi ne bismo preživjeli bez njih. Ne znamo kakav će učinak zračenje imati na tu zajednicu i to bi mogao biti više problem nego izravni utjecaj zračenja na ljude. "
Vjeruje da će joj studije također biti korisne u potrazi za životom na drugim svjetovima. Pod pretpostavkom da se i drugi organizmi u svemiru temelje na ugljiku i vodi, možemo pretpostaviti u kakvim bi se ekstremnim uvjetima moglo preživjeti.
"Svaki put kad na Zemlji pronađemo organizam koji može živjeti dalje i dalje u ekstremima okoliša, povećavali smo veličinu onoga što znamo da život može preživjeti u njemu," kaže Rothschild. „Dakle, ako odemo na mjesto na Marsu koje ima određeni tok zračenja, isušivanje i temperaturu, možemo reći:„ Na Zemlji postoje organizmi koji mogu živjeti u tim uvjetima. Nema ničega što ne sprečava život da živi tamo. "Sada je, je li život tamo ili ne, druga stvar, ali barem možemo reći da je to minimalna omotnica za život."
Na primjer, Rothschild smatra da bi život mogao biti moguć u solnim koricama na Marsu, koje su slične solnim koricama na Zemlji gdje organizmi pronalaze utočište od sunčevog UV zraka. Ona također promatra život koji na Zemlji živi pod ledom i snijegom, i pita se mogu li organizmi živjeti relativno zaštićeno od zračenja pod ledom Jupiterovog mjeseca Europe.
Izvorni izvor: NASA Astrobiology
