Sonce je glavni vir sevanja za življenje na Zemlji. Kliknite za povečavo
Vesoljsko potovanje ima svoje nevarnosti. Nekatere živali in rastline so se razvile zaščitno prevleko ali pigmentacijo, vendar nekatere oblike bakterij lahko dejansko poškodujejo DNK zaradi sevanja. Prihodnji vesoljski popotniki bi lahko izkoristili te tehnike, da bi zmanjšali škodo, ki jo dobijo od dolge izpostavljenosti.
V filmih Vojne zvezd in Zvezdne poti ljudje z lahkoto potujejo med planeti in galaksijami. Toda naša prihodnost v vesolju še zdaleč ni zagotovljena. Če odmislimo hiperpregon in črvične luknje, ni videti, da bi človeško telo lahko vzdržalo dolgo izpostavljenost močnim sevanjem vesolja.
Sevanje prihaja iz mnogih virov. Sončeva svetloba ustvarja obseg valovnih dolžin, od valovnih dolžinskih valov do ultravijoličnih kratkih valovnih dolžin (UV). Sevanje ozadja v vesolju je sestavljeno iz visokoenergijskih rentgenskih žarkov, gama žarkov in kozmičnih žarkov, ki se lahko vsi igrajo s celicami v naših telesih. Ker takšno ionizirajoče sevanje zlahka prodre v stene vesoljskih plovil in v vesoljske obleke, morajo danes astronavti omejiti svoj čas v vesolju. Toda kratek čas v vesolju močno poveča možnosti za razvoj raka, katarakte in drugih zdravstvenih težav, povezanih z sevanjem.
Za premagovanje te težave bomo v naravi morda našli nekaj koristnih nasvetov. Mnogi organizmi so že oblikovali učinkovite strategije za zaščito pred sevanjem.
Lynn Rothschild iz Nasinega raziskovalnega centra Ames pravi, da je sevanje na Zemlji vedno nevarnost za življenje, zato je moralo življenje najti načine, kako se spoprijeti z njo. To je bilo še posebej pomembno v prvih letih Zemlje, ko so se sestavine za življenje prvič sestavile. Ker naš planet sprva ni imel veliko kisika v atmosferi, je manjkal tudi ozonski sloj (O3), da bi preprečil škodljivo sevanje. To je en razlog, zakaj mnogi verjamejo, da je življenje nastalo pod vodo, saj lahko voda odstrani bolj škodljive valovne dolžine svetlobe.
Pa vendar fotosinteza? preobrazba sončne svetlobe v kemično energijo? razvila relativno zgodaj v zgodovini življenja. Fotosintetični mikrobi, kot so cianobakterije, so uporabljali sončno svetlobo za pripravo hrane že pred 2,8 milijarde let (in morda še prej).
Zgodnje življenje se je zato vključilo v občutljivo uravnovešanje in se naučilo uporabljati sevanje za energijo, obenem pa se zaščitilo pred škodo, ki jo lahko povzroči sevanje. Čeprav sončna svetloba ni tako energična kot rentgenski ali gama žarki, UV valovne dolžine prednostno absorbirajo baze DNK in aromatične aminokisline beljakovin. Ta absorpcija lahko poškoduje celice in občutljive verige DNK, ki kodirajo navodila za življenje.
"Težava je v tem, da če boste radi fotosinteze dostopali do sončnega sevanja, morate dobro prevzeti s slabim - izpostavite se tudi ultravijoličnemu sevanju," pravi Rothschild. "Torej obstajajo različni triki, za katere mislimo, da so jih uporabljali zgodnje življenje, kot je življenje danes."
Poleg skrivanja pod tekočo vodo se življenje poslužuje tudi drugih naravnih ovir UV sevanja, kot so led, pesek, kamnine in sol. Ker so se organizmi še naprej razvijali, so nekateri lahko razvili lastne zaščitne ovire, kot so pigmentacija ali žilava zunanja lupina.
Zahvaljujoč fotosintetskim organizmom, ki atmosfero napolnjujejo s kisikom (in s tem ustvarjajo ozonski plašč), se danes večini organizmov na Zemlji ni treba spopadati z visokoenergetskimi UV-C žarki, X-žarki ali gama žarki iz vesolja. V resnici edini organizmi, za katere je znano, da preživijo izpostavljenost vesolju? vsaj kratkoročno - so bakterije in lišaji. Bakterije potrebujejo nekaj zaščit, da jih UV žarki ne bodo ocvrli, lišaji pa imajo dovolj biomase, da deluje kot zaščitna obleka.
Toda včasih, če je na mestu dobra pregrada, včasih pride do škode zaradi sevanja. Lišaji in bakterije prezimujejo med vesoljem? ne rastejo, se ne razmnožujejo ali ne izvajajo nobene od svojih običajnih življenjskih funkcij. Po vrnitvi na Zemljo izstopijo iz tega mirujočega stanja in, če je prišlo do škode, beljakovine v celici delajo, da sesedejo verige DNK, ki so se razelektrile.
Enak nadzor škode se pojavlja z organizmi na Zemlji, ko so izpostavljeni radioaktivnim materialom, kot sta uran in radij. Bakterija Deinococcus radiodurans je prvak, ko gre za tovrstno sanacijo. (Popolna sanacija ni vedno mogoča, zato lahko izpostavljenost sevanju povzroči genske mutacije ali smrt.)
"Živim v večnem upanju, da bom sprožil D. radiodurans," pravi Rothchild. Njeno iskanje mikroorganizmov, odpornih proti sevanju, jo je pripeljalo v vroči izvir Paralane v Avstraliji. Granitne kamnine, bogate z uranom, oddajajo gama žarke, medtem ko smrtonosni radgonski plini mehurčki izhajajo iz vroče vode. Je življenje spomladi torej izpostavljeno visokim stopnjam sevanja? tako spodaj, od radioaktivnih materialov, in zgoraj, od močne UV svetlobe avstralskega sonca.
Rothschild je za vroči izvir izvedel od Roberta Anitorija z avstralskega centra za astrobiologijo Univerze Macquarie. Anitori spremlja 16S ribosomske gene RNA in goji bakterije, ki v radioaktivnih vodah živijo precej srečno. Tako kot drugi organizmi na Zemlji je tudi Paranona cianobakterije in drugi mikrobi lahko oblikovali ovire, da bi se zaščitili pred sevanjem.
"Na nekaterih mikrobioloških preprogah sem opazila težko, skoraj silikonsko naravnano plast," pravi Anitori. "In ko rečem" podoben silikonu ", mislim na vrsto, ki jo uporabljate pri robu oken."
"Poleg možnih zaščitnih mehanizmov sumim, da imajo mikrobi v Paralani tudi dobre mehanizme za popravljanje DNK," dodaja Anitori. Trenutno lahko samo špekulira o metodah, ki jih organizmi Paralane uporabljajo za preživetje. Vendar načrtuje, da bodo pozneje v letošnjem letu natančno raziskali njihove strategije odpornosti proti sevanju.
Raziskave Rothschilda so jo poleg Paralane pripeljale tudi v izjemno sušna območja Mehike in bolivijskih Andov. Kot kaže, so številni organizmi, ki so se razvili, da živijo v puščavah, tudi dober pri preživetju izpostavljenosti sevanju.
Dolgotrajna izguba vode lahko povzroči poškodbe DNK, vendar so nekateri organizmi razvili učinkovite sisteme za popravilo za boj proti tej škodi. Mogoče je, da se ti isti sistemi za popravilo dehidracije uporabljajo, kadar mora organizem popraviti škodo, povzročeno s sevanjem.
Toda takšnim organizmom se lahko prepreči škoda, če jih preprosto izsušimo. Pomanjkanje vode v izsušenih, mirujočih celicah je zaradi njih veliko manj dovzetnih za učinke ionizirajočega sevanja, kar lahko škoduje celicam, če ustvari proste radikale vode (hidroksilni ali OH radikal). Ker imajo prosti radikali neprimerne elektrone, se nestrpno trudijo, da bi v celicnih membranah posegali z DNK, beljakovinami, lipidi in vsem drugim. Nastala razbitina lahko privede do odpovedi organele, blokiranja delitve celic ali povzroči smrt celic.
Izločanje vode v človeških celicah verjetno ni praktična rešitev za zmanjšanje izpostavljenosti sevanju v vesolju. Znanstvena fantastika se je dolgo igrala z idejo, da bi ljudi spravili v suspendirano animacijo za dolga potovanja v vesolje, vendar pretvoriti človeka v zakrnele, posušene rozine in jih nato ponovno napeljati nazaj v življenje, ni medicinsko mogoče - ali zelo privlačno. Tudi če bi lahko razvili tak postopek, ko bodo človeške rozinete rehidrirane, bi bile spet dovzetne za sevalne poškodbe.
Mogoče bomo nekoč lahko genetsko inženirji človeka imeli enake super-popravljalne sisteme kot mikroorganizmi kot D. radiodurans. Toda tudi če bi bilo možno takšno povezovanje s človeškim genomom, ti odporni organizmi niso stoodstotno odporni na sevalno škodo, zato bi zdravstvene težave še vedno obstale.
Torej od treh znanih mehanizmov, ki jih je življenje zasnovalo za boj proti poškodbam zaradi sevanja - ovire, popravila in izsušitev - bi bila najprimernejša praktična rešitev za vesoljski polet človeka oblikovanje boljših sevalnih ovir. Anitori meni, da bi nam lahko njegove študije organizmov iz vzporednice Paralana nekega dne pomagale pri oblikovanju takšnih ovir.
"Morda nas bo naučila narava, ki posnemajo nekatere zaščitne mehanizme, ki jih uporabljajo mikrobi," navaja.
In Rothschild pravi, da bi tudi študije sevanja lahko dale nekaj pomembnih spoznanj, ko gledamo na vzpostavljanje skupnosti na Luni, Marsu in drugih planetih.
"Ko bomo začeli graditi človeške kolonije, bomo organizme vzeli s seboj. Na koncu si boste želeli gojiti rastline in morda ustvariti vzdušje na Marsu in na Luni. Morda ne bomo želeli porabiti truda in denarja, da bi jih popolnoma zaščitili pred UV in kozmičnimi sevanji. "
Poleg tega, pravi Rothschild, "so ljudje ravno polni mikrobov in brez njih ne bi mogli preživeti. Ne vemo, kakšen vpliv bo imelo sevanje na to povezano skupnost in to bi lahko bilo več kot neposreden vpliv sevanja na človeka. "
Verjame, da ji bodo študije koristne tudi pri iskanju življenja na drugih svetovih. Če predpostavimo, da tudi drugi organizmi v vesolju temeljijo na ogljiku in vodi, lahko predpostavimo, v kakšnih ekstremnih razmerah bi lahko preživeli.
"Vsakič, ko na Zemlji najdemo organizem, ki lahko živi dalje in v okoljski ekstrem, povečujemo obseg tega, za kar vemo, da lahko življenje preživi," pravi Rothschild. "Torej, če gremo na mesto na Marsu, ki ima določen sevalni tok, sušenje in temperaturo, lahko rečemo:" Na Zemlji obstajajo organizmi, ki lahko živijo v teh pogojih. Ničesar ne preprečuje, da bi življenje živelo tam. "Zdaj je to, ali je življenje tam ali ne, drugo vprašanje, vendar vsaj lahko rečemo, da je to najmanjša ovira za življenje."
Na primer, Rothschild meni, da bi bilo življenje mogoče na solnih skorjah na Marsu, ki so podobne solnim skorjam na Zemlji, kjer organizmi najdejo zatočišče pred sončnim UV. Ozira se tudi na življenje na Zemlji pod ledom in snegom in se sprašuje, ali bi lahko organizmi živeli sorazmerno zaščiteno pred sevanjem pod ledom Jupitrove lune Europa.
Izvirni vir: NASA Astrobiology
