Ο ήλιος είναι μια σημαντική πηγή ακτινοβολίας για τη ζωή στη Γη. Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Το διαστημικό ταξίδι έχει τους κινδύνους του. Ορισμένα ζώα και φυτά έχουν εξελιχθεί προστατευτική κάλυψη ή μελάγχρωση, αλλά ορισμένες μορφές βακτηρίων μπορούν στην πραγματικότητα να αποκαταστήσουν τη ζημιά στο DNA του από την ακτινοβολία. Οι μελλοντικοί ταξιδιώτες στο διάστημα θα μπορούσαν να επωφεληθούν από αυτές τις τεχνικές για να ελαχιστοποιήσουν τη ζημιά που προκαλούν από τη μακροχρόνια έκθεση.
Στις ταινίες Star Wars και Star Trek, οι άνθρωποι ταξιδεύουν μεταξύ πλανητών και γαλαξιών με ευκολία. Αλλά το μέλλον μας στο διάστημα δεν είναι καθόλου σίγουρο. Εκτός από τα ζητήματα του hyperdrive και των σκουληκιών, δεν φαίνεται πιθανό ότι το ανθρώπινο σώμα θα μπορούσε να αντέξει εκτεταμένη έκθεση στην σκληρή ακτινοβολία του διαστήματος.
Η ακτινοβολία προέρχεται από πολλές πηγές. Το φως από τον ήλιο παράγει ένα εύρος μήκους κύματος από υπέρυθρες μεγάλων κυμάτων έως υπεριώδες μικρού μήκους κύματος (UV). Η ακτινοβολία υποβάθρου στο διάστημα αποτελείται από ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας, ακτίνες γάμμα και κοσμικές ακτίνες, τις οποίες όλοι μπορούν να παίξουν χάος με τα κύτταρα στο σώμα μας. Δεδομένου ότι μια τέτοια ιονίζουσα ακτινοβολία διεισδύει εύκολα στους τοίχους και τις διαστημικές στολές των διαστημικών σκαφών, οι αστροναύτες σήμερα πρέπει να περιορίσουν το χρόνο τους στο διάστημα. Όμως, όταν βρίσκεστε στο διάστημα ακόμη και για μικρό χρονικό διάστημα, αυξάνουν σημαντικά τις πιθανότητες εμφάνισης καρκίνου, καταρράκτη και άλλων προβλημάτων υγείας που σχετίζονται με την ακτινοβολία.
Για να ξεπεράσουμε αυτό το πρόβλημα, μπορεί να βρούμε μερικές χρήσιμες συμβουλές στη φύση. Πολλοί οργανισμοί έχουν ήδη επινοήσει αποτελεσματικές στρατηγικές για την προστασία τους από την ακτινοβολία.
Ο Lynn Rothschild του Ερευνητικού Κέντρου της NASA Ames λέει ότι η ακτινοβολία ήταν πάντα κίνδυνος για τη ζωή στη Γη, και έτσι η ζωή έπρεπε να βρει τρόπους για να την αντιμετωπίσει. Αυτό ήταν ιδιαίτερα σημαντικό κατά τη διάρκεια των πρώτων ετών της Γης, όταν τα συστατικά για τη ζωή συγκεντρώθηκαν για πρώτη φορά. Επειδή ο πλανήτης μας δεν είχε αρχικά πολύ οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, δεν είχε επίσης ένα στρώμα όζοντος (O3) για να αποκλείσει την επιβλαβή ακτινοβολία. Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο πολλοί πιστεύουν ότι η ζωή προήλθε από το νερό, αφού το νερό μπορεί να φιλτράρει τα πιο καταστροφικά μήκη κύματος του φωτός.
Ωστόσο, η φωτοσύνθεση; η μετατροπή του ηλιακού φωτός σε χημική ενέργεια; αναπτύχθηκε σχετικά νωρίς στην ιστορία της ζωής. Τα φωτοσυνθετικά μικρόβια όπως τα κυανοβακτήρια χρησιμοποιούν το φως του ήλιου για να φτιάξουν φαγητό ήδη από 2,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν (και πιθανώς ακόμη νωρίτερα).
Η πρώιμη ζωή λοιπόν ασχολήθηκε με μια ευαίσθητη πράξη εξισορρόπησης, μαθαίνοντας πώς να χρησιμοποιεί την ακτινοβολία για ενέργεια ενώ προστατεύεται από τη ζημία που μπορεί να προκαλέσει η ακτινοβολία. Ενώ το ηλιακό φως δεν είναι τόσο ενεργητικό όσο οι ακτίνες Χ ή οι ακτίνες γάμμα, τα μήκη κύματος UV απορροφώνται κατά προτίμηση από βάσεις DNA και από τα αρωματικά αμινοξέα πρωτεϊνών. Αυτή η απορρόφηση μπορεί να βλάψει τα κύτταρα και τους ευαίσθητους κλώνους DNA που κωδικοποιούν τις οδηγίες για τη ζωή.
"Το πρόβλημα είναι, εάν πρόκειται να αποκτήσετε πρόσβαση στην ηλιακή ακτινοβολία για φωτοσύνθεση, πρέπει να πάρετε το καλό με το κακό - εκθέτετε επίσης τον εαυτό σας στην υπεριώδη ακτινοβολία", λέει ο Rothschild. "Υπάρχουν λοιπόν διάφορα κόλπα που πιστεύουμε ότι χρησιμοποιήθηκε η πρώιμη ζωή, όπως και η ζωή σήμερα."
Εκτός από το κρύψιμο κάτω από υγρό νερό, η ζωή χρησιμοποιεί άλλα φυσικά φράγματα υπεριώδους ακτινοβολίας όπως πάγο, άμμος, βράχια και αλάτι. Καθώς οι οργανισμοί συνέχισαν να εξελίσσονται, ορισμένοι μπόρεσαν να αναπτύξουν τα δικά τους προστατευτικά εμπόδια όπως η μελάγχρωση ή ένα σκληρό εξωτερικό περίβλημα.
Χάρη στους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς που γεμίζουν την ατμόσφαιρα με οξυγόνο (και δημιουργώντας έτσι μια στιβάδα όζοντος), οι περισσότεροι οργανισμοί στη Γη σήμερα δεν χρειάζεται να αντιμετωπίζουν ακτίνες UV-C υψηλής ακτινοβολίας, ακτίνες Χ ή ακτίνες γάμμα από το διάστημα. Στην πραγματικότητα, οι μόνοι γνωστοί οργανισμοί που επιβιώνουν από την έκθεση στο διάστημα; τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα - είναι βακτήρια και λειχήνες. Τα βακτήρια χρειάζονται κάποια θωράκιση, ώστε να μην τηγανίζονται από την υπεριώδη ακτινοβολία, αλλά οι λειχήνες έχουν αρκετή βιομάζα για να λειτουργήσουν ως προστατευτική στολή.
Αλλά ακόμη και με ένα καλό εμπόδιο στη θέση του, μερικές φορές συμβαίνει ζημιά από την ακτινοβολία. Η λειχήνα και τα βακτήρια αδρανοποιούνται ενώ βρίσκεστε στο διάστημα; δεν μεγαλώνουν, αναπαράγονται ή δεν εμπλέκονται σε οποιαδήποτε από τις κανονικές τους λειτουργίες. Μετά την επιστροφή τους στη Γη, βγαίνουν από αυτήν την αδρανή κατάσταση και, εάν προκληθεί ζημιά, οι πρωτεΐνες στο κύτταρο δουλεύουν για να συνενώσουν κλώνους DNA που διασπάστηκαν από ακτινοβολία.
Ο ίδιος έλεγχος ζημιών συμβαίνει με τους οργανισμούς στη Γη όταν εκτίθενται σε ραδιενεργά υλικά όπως το ουράνιο και το ράδιο. Το βακτήριο Deinococcus radiodurans είναι ο βασικός πρωταθλητής όταν πρόκειται για μια τέτοια επισκευή ακτινοβολίας. (Ωστόσο, η πλήρης επισκευή δεν είναι πάντα δυνατή, γι 'αυτό η έκθεση σε ακτινοβολία μπορεί να οδηγήσει σε γενετικές μεταλλάξεις ή θάνατο.)
«Ζω με την αιώνια ελπίδα να μην χωρίσω τους D. radiodurans», λέει ο Rothchild. Η αναζήτησή της για ανθεκτικούς στην ακτινοβολία μικροοργανισμούς την έφερε στην ιαματική πηγή Paralana στην Αυστραλία. Οι πλούσιοι σε ουράνιο βράχοι από γρανίτη εκπέμπουν ακτίνες γάμμα, ενώ το θανατηφόρο αέριο ραδονίου βράζει από το ζεστό νερό. Επομένως, η ζωή την άνοιξη εκτίθεται σε υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας; Και οι δύο παρακάτω, από τα ραδιενεργά υλικά, και παραπάνω, από το έντονο υπεριώδες φως του αυστραλιανού ήλιου.
Ο Rothschild έμαθε για την ιαματική πηγή από τον Roberto Anitori του Αυστραλιανού Κέντρου Αστροβιολογίας του Πανεπιστημίου Macquarie. Το Anitori αλληλουχίζει τα 16S ριβοσωματικά RNA γονίδια και καλλιεργεί τα βακτήρια που ζουν αρκετά ευτυχισμένα στα ραδιενεργά νερά. Όπως και άλλοι οργανισμοί στη Γη, τα κυανοβακτήρια Paralana και άλλα μικρόβια μπορεί να έχουν επινοήσει εμπόδια για να προστατευθούν από την ακτινοβολία.
«Έχω παρατηρήσει ένα σκληρό, σχεδόν σιλικόνης στρώμα σε μερικά από τα μικροβιακά στρώματα εκεί», λέει ο Anitori. "Και όταν λέω" σαν σιλικόνη ", εννοώ το είδος που χρησιμοποιείτε στην άκρη του παραθύρου."
«Εκτός από τους πιθανούς μηχανισμούς θωράκισης, υποψιάζομαι ότι τα μικρόβια στο Paralana έχουν επίσης καλούς μηχανισμούς επιδιόρθωσης DNA», προσθέτει ο Anitori. Προς το παρόν, μπορεί να κάνει εικασίες μόνο για τις μεθόδους που χρησιμοποιούν οι οργανισμοί Paralana για να επιβιώσουν. Ωστόσο, σκοπεύει να διερευνήσει προσεκτικά τις στρατηγικές αντοχής στην ακτινοβολία αργότερα φέτος.
Εκτός από την Paralana, οι έρευνες του Rothschild την έφεραν σε εξαιρετικά άνυδρες περιοχές στο Μεξικό και τις Βολιβιανές Άνδεις. Όπως αποδεικνύεται, πολλοί οργανισμοί που εξελίχθηκαν για να ζουν σε ερήμους είναι επίσης αρκετά καλοί στην επιβίωση της έκθεσης σε ακτινοβολία.
Η παρατεταμένη απώλεια νερού μπορεί να προκαλέσει βλάβη στο DNA, αλλά ορισμένοι οργανισμοί έχουν αναπτύξει αποτελεσματικά συστήματα επισκευής για την καταπολέμηση αυτής της ζημιάς. Είναι πιθανό αυτά τα ίδια συστήματα επιδιόρθωσης αφυδάτωσης να χρησιμοποιούνται όταν ο οργανισμός χρειάζεται να επιδιορθώσει ζημίες που προκαλούνται από ακτινοβολία.
Όμως αυτοί οι οργανισμοί μπορεί να είναι σε θέση να αποφύγουν την καταστροφή εντελώς απλώς στεγνώνοντας. Η έλλειψη νερού σε αποξηραμένα, αδρανή κύτταρα τα καθιστά πολύ λιγότερο ευαίσθητα στις επιδράσεις της ιονίζουσας ακτινοβολίας, η οποία μπορεί να βλάψει τα κύτταρα παράγοντας ελεύθερες ρίζες νερού (ρίζα υδροξυλίου ή ΟΗ). Επειδή οι ελεύθερες ρίζες έχουν ζεύγη ηλεκτρόνια, προσπαθούν με ανυπομονησία να αλληλεπιδράσουν με το DNA, τις πρωτεΐνες, τα λιπίδια στις κυτταρικές μεμβράνες και οτιδήποτε άλλο μπορούν να βρουν. Τα προκύπτοντα συντρίμμια μπορούν να οδηγήσουν σε ανεπάρκεια οργανικών, να μπλοκάρουν την κυτταρική διαίρεση ή να προκαλέσουν κυτταρικό θάνατο.
Η εξάλειψη του νερού στα ανθρώπινα κύτταρα πιθανώς δεν είναι πρακτική λύση για την ελαχιστοποίηση της έκθεσης σε ακτινοβολία στο διάστημα. Η επιστημονική φαντασία έχει παίξει εδώ και πολύ καιρό με την ιδέα να θέσει τους ανθρώπους σε ανασταλμένα κινούμενα σχέδια για μεγάλα διαστημικά ταξίδια, αλλά η μετατροπή των ανθρώπων σε συρρικνωμένες, στεγνές σταφίδες και στη συνέχεια η ενυδάτωση τους στη ζωή δεν είναι ιατρικά εφικτή - ή πολύ ελκυστική. Ακόμα κι αν μπορούσαμε να αναπτύξουμε μια τέτοια διαδικασία, όταν οι ανθρώπινες σταφίδες ενυδατώθηκαν, θα ήταν και πάλι ευπαθείς σε βλάβη από την ακτινοβολία.
Ίσως κάποια μέρα μπορούμε να γεννήσουμε γενετικά τον άνθρωπο για να έχουμε τα ίδια συστήματα επισκευής σούπερ ακτινοβολίας με τους μικροοργανισμούς όπως το D. radiodurans. Αλλά ακόμα κι αν ήταν εφικτή μια τέτοια ανατροπή με το ανθρώπινο γονιδίωμα, αυτοί οι ανθεκτικοί οργανισμοί δεν είναι 100 τοις εκατό ανθεκτικοί σε βλάβες από την ακτινοβολία.
Έτσι, από τους τρεις γνωστούς μηχανισμούς που έχει επινοήσει η ζωή για την καταπολέμηση των ζημιών από την ακτινοβολία - εμπόδια, επιδιόρθωση και αποξήρανση - η πιο άμεση πρακτική λύση για τον ανθρώπινο διαστημόπλοιο θα ήταν να επινοηθούν καλύτερα εμπόδια ακτινοβολίας. Ο Anitori πιστεύει ότι οι μελέτες του σχετικά με τους οργανισμούς της Άνοιξης του Paralana θα μπορούσαν κάποια μέρα να μας βοηθήσουν να κατασκευάσουμε τέτοια εμπόδια.
«Ίσως θα διδαχθούμε από τη φύση, μιμούμαστε μερικούς από τους μηχανισμούς προστασίας που χρησιμοποιούν τα μικρόβια», δηλώνει.
Και ο Rothschild λέει ότι οι μελέτες ακτινοβολίας θα μπορούσαν επίσης να προσφέρουν μερικά σημαντικά μαθήματα καθώς κοιτάζουμε προς την ίδρυση κοινοτήτων στο φεγγάρι, τον Άρη και άλλους πλανήτες.
«Όταν αρχίσουμε να χτίζουμε ανθρώπινες αποικίες, θα πάρουμε μαζί μας οργανισμούς. Τελικά θα θελήσετε να καλλιεργήσετε φυτά και πιθανώς να δημιουργήσετε μια ατμόσφαιρα στον Άρη και στο φεγγάρι. Μπορεί να μην θέλουμε να ξοδέψουμε την προσπάθεια και τα χρήματα για να τα προστατεύσουμε εντελώς από την υπεριώδη ακτινοβολία και την κοσμική ακτινοβολία. "
Επιπλέον, λέει ο Rothschild, «οι άνθρωποι είναι γεμάτοι μικρόβια και δεν θα μπορούσαμε να επιβιώσουμε χωρίς αυτούς. Δεν γνωρίζουμε τι επίδραση θα έχει η ακτινοβολία σε αυτήν τη συνδεδεμένη κοινότητα και αυτό μπορεί να είναι περισσότερο πρόβλημα από την άμεση επίδραση της ακτινοβολίας στους ανθρώπους. "
Πιστεύει ότι οι σπουδές της θα είναι επίσης χρήσιμες στην αναζήτηση ζωής σε άλλους κόσμους. Υποθέτοντας ότι άλλοι οργανισμοί στο σύμπαν βασίζονται επίσης στον άνθρακα και το νερό, μπορούμε να υποθέσουμε σε ποιες ακραίες συνθήκες μπορούν να επιβιώσουν.
«Κάθε φορά που βρίσκουμε έναν οργανισμό στη Γη που μπορεί να ζήσει όλο και περισσότερο σε ένα περιβαλλοντικό ακραίο, αυξάνουμε το μέγεθος αυτού του φακέλου για το οποίο γνωρίζουμε ότι η ζωή μπορεί να επιβιώσει μέσα», λέει ο Rothschild. «Αν λοιπόν πάμε σε ένα μέρος στον Άρη που έχει μια συγκεκριμένη ροή ακτινοβολίας, αποξήρανση και θερμοκρασία, μπορούμε να πούμε,« Υπάρχουν οργανισμοί στη Γη που μπορούν να ζήσουν υπό αυτές τις συνθήκες. Δεν υπάρχει τίποτα που να εμποδίζει τη ζωή από εκεί να ζει εκεί. "Τώρα, αν η ζωή είναι εκεί ή όχι είναι ένα άλλο θέμα, αλλά τουλάχιστον μπορούμε να πούμε ότι αυτός είναι ο ελάχιστος φάκελος για τη ζωή."
Για παράδειγμα, ο Rothschild πιστεύει ότι η ζωή θα μπορούσε να είναι δυνατή στις κρούστες αλατιού στον Άρη, οι οποίες είναι παρόμοιες με τις κρούστες αλατιού στη Γη όπου οι οργανισμοί βρίσκουν καταφύγιο από την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία. Κοιτάζει επίσης τη ζωή που ζει κάτω από πάγο και χιόνι στη Γη και αναρωτιέται αν οι οργανισμοί θα μπορούσαν να ζήσουν μια συγκριτικά προστατευμένη από την ακτινοβολία ύπαρξη κάτω από τον πάγο του φεγγαριού Europa του Δία.
Αρχική πηγή: Αστροβιολογία της NASA
