Slnko je hlavným zdrojom žiarenia pre život na Zemi. klikni na zväčšenie
Vesmírne cestovanie má svoje riziká. U niektorých zvierat a rastlín sa vyvinul ochranný obal alebo pigmentácia, ale niektoré formy baktérií môžu skutočne opraviť poškodenie svojej DNA žiarením. Budúci cestujúci v vesmíre môžu využiť tieto techniky na minimalizáciu škôd, ktoré im spôsobia dlhé expozície.
Vo filmoch Star Wars a Star Trek ľudia ľahko cestujú medzi planétami a galaxiami. Ale naša budúcnosť vo vesmíre nie je ani zďaleka zaručená. Okrem hyperdrive a červí diery sa nezdá byť možné, že by ľudské telo vydržalo dlhodobé vystavenie tvrdému žiareniu vonkajšieho priestoru.
Žiarenie pochádza z mnohých zdrojov. Svetlo zo slnka produkuje celý rad vlnových dĺžok od dlhovlnného infračerveného žiarenia po ultrafialové žiarenie s krátkou vlnovou dĺžkou (UV). Pozadie žiarenia vo vesmíre je zložené z vysokoenergetických röntgenových lúčov, gama lúčov a kozmických lúčov, ktoré môžu všetci pohroma s bunkami v našom tele. Pretože takéto ionizujúce žiarenie ľahko preniká do stien a kozmických lodí kozmických lodí, astronauti musia dnes obmedziť svoj čas vo vesmíre. Ale byť na krátku dobu vo vesmíre výrazne zvyšuje ich pravdepodobnosť vzniku rakoviny, katarakty a ďalších zdravotných problémov súvisiacich s ožarovaním.
Na vyriešenie tohto problému môžeme nájsť niekoľko užitočných rád v prírode. Mnoho organizmov už navrhlo účinné stratégie na ochranu pred žiarením.
Lynn Rothschild z Výskumného centra Ames pre výskum NASA tvrdí, že žiarenie vždy predstavovalo nebezpečenstvo pre život na Zemi, a preto život musel nájsť spôsob, ako sa s tým vysporiadať. Toto bolo obzvlášť dôležité v prvých rokoch Zeme, keď sa zložky života postupne spájali. Pretože naša planéta pôvodne nemala veľa kyslíka v atmosfére, chýbala jej aj vrstva ozónu (O3), ktorá by blokovala škodlivé žiarenie. To je jeden z dôvodov, prečo mnohí veria, že život vznikol pod vodou, pretože voda môže odfiltrovať škodlivejšie vlnové dĺžky svetla.
Ešte fotosyntéza? premena slnečného svetla na chemickú energiu? sa vyvíjali pomerne skoro v histórii života. Fotosyntetické mikróby ako cyanobaktérie používali slnečné svetlo na výrobu potravín už pred 2,8 miliardami rokov (a možno aj skôr).
Raný život sa preto zapojil do citlivého vyrovnávacieho aktu, ktorý sa naučil, ako používať žiarenie na energiu a zároveň sa chrániť pred poškodením, ktoré by žiarenie mohlo spôsobiť. Zatiaľ čo slnečné svetlo nie je také energické ako röntgenové lúče alebo gama lúče, UV vlnové dĺžky sú prednostne absorbované bázami DNA a aromatickými aminokyselinami proteínov. Táto absorpcia môže poškodiť bunky a jemné vlákna DNA, ktoré kódujú pokyny pre život.
„Problém je, že ak sa chystáte dostať k slnečnému žiareniu na fotosyntézu, musíte zobrať dobro so zlým - vystavujete sa aj ultrafialovému žiareniu,“ hovorí Rothschild. "Takže existujú rôzne triky, o ktorých si myslíme, že sa používali v rannom živote, ako to robí dnes."
Okrem skrývania sa pod tekutou vodou život využíva ďalšie prírodné bariéry proti UV žiareniu, ako je ľad, piesok, horniny a soľ. Ako sa organizmy ďalej vyvíjali, niektorí boli schopní vyvinúť svoje vlastné ochranné bariéry, ako je pigmentácia alebo tvrdá vonkajšia škrupina.
Vďaka fotosyntetickým organizmom, ktoré napĺňajú atmosféru kyslíkom (a tým vytvárajúcim ozónovú vrstvu), väčšina dnešných organizmov na Zemi nemusí zápasiť s vysokoenergetickými UV-C lúčmi, röntgenovými lúčmi alebo gama lúčmi z vesmíru. V skutočnosti sú jediné organizmy, o ktorých je známe, že prežívajú vesmírnu expozíciu? prinajmenšom v krátkodobom horizonte - sú to baktérie a lišajníky. Baktérie potrebujú určité tienenie, aby sa UV žiarenie neusmrtilo, ale lišajníky majú dostatok biomasy, aby pôsobili ako ochranný skafandr.
Ale aj pri dobrej bariére niekedy dôjde k poškodeniu žiarením. Lišejníky a baktérie hibernáujú vo vesmíre? nerastú, rozmnožujú sa ani sa nezúčastňujú na žiadnej zo svojich bežných životných funkcií. Po návrate na Zem opustia tento spiaci stav a ak dôjde k poškodeniu, proteíny v bunke pracujú na tom, aby rozdelili vlákna DNA, ktoré boli rozpadnuté žiarením.
Rovnaká kontrola poškodenia sa vyskytuje u organizmov na Zemi, keď sú vystavené rádioaktívnym materiálom, ako je urán a rádium. Baktéria Deinococcus radiodurans je vládnucim šampiónom v tomto druhu ožarovania. (Úplná oprava však nie je vždy možná, preto môže vystavenie žiareniu viesť ku genetickým mutáciám alebo smrti.)
„Žijem vo večnej nádeji, že nebudem môcť poraziť D. radioduranov,“ hovorí Rothchild. Jej hľadanie radiačne odolných mikroorganizmov ju priviedlo na horúcu jar Paralana v Austrálii. Žulové horniny bohaté na urán emitujú gama lúče, zatiaľ čo z horúcej vody letia plynné radónové bubliny. Život na jar je preto vystavený vysokej úrovni žiarenia? nižšie, z rádioaktívnych materiálov a vyššie, z intenzívneho UV svetla austrálskeho slnka.
Rothschild sa dozvedel o horúcej prameň od austrálskeho centra astrobiológie na austrálskej univerzite Roberta Anitoriho. Anitori sekvenovalo gény 16S ribozomálnej RNA a kultivovalo baktérie, ktoré celkom šťastne žijú v rádioaktívnych vodách. Podobne ako iné organizmy na Zemi, aj Paralana cyanobaktérie a ďalšie mikróby mohli navrhnúť bariéry, aby sa chránili pred žiarením.
„Všimol som si tvrdú vrstvu podobnú silikónu na niektorých mikrobiálnych podložkách,“ hovorí Anitori. „A keď poviem„ podobné kremíku “, mám na mysli druh, ktorý používate pri lemovaní okenných tabúľ.“
„Okrem možných tieniacich mechanizmov mám podozrenie, že mikróby v Paralane majú tiež dobré mechanizmy opravy DNA,“ dodáva Anitori. V súčasnosti môže len špekulovať o metódach, ktoré prežili organizmy Paralana. Neskôr v tomto roku však plánuje dôkladne preskúmať svoje stratégie radiačnej odolnosti.
Okrem Paralany ju Rothschildove vyšetrovania priviedli aj do extrémne vyprahnutých oblastí v Mexiku a bolívijských Andách. Ako sa ukázalo, veľa organizmov, ktoré sa vyvinuli na život v púšti, je tiež dosť dobré na prežívanie ožiarenia.
Dlhodobá strata vody môže spôsobiť poškodenie DNA, ale niektoré organizmy vyvinuli účinné opravné systémy na boj proti tomuto poškodeniu. Je možné, že tie isté dehydratačné opravné systémy sa používajú, keď organizmus potrebuje opraviť poškodenie spôsobené žiarením.
Takéto organizmy však môžu byť schopné úplne zabrániť poškodeniu jednoducho vyschnutím. Nedostatok vody v vysušených, spiacich bunkách ich robí oveľa menej citlivými na účinky ionizujúceho žiarenia, ktoré môže poškodiť bunky vytváraním voľných radikálov vody (hydroxylový alebo OH radikál). Pretože voľné radikály majú nepárové elektróny, snažia sa interagovať s DNA, proteínmi, lipidmi v bunkových membránach a so všetkým, čo môžu nájsť. Výsledné trosky môžu viesť k zlyhaniu organel, blokovať delenie buniek alebo spôsobiť bunkovú smrť.
Eliminácia vody v ľudských bunkách pravdepodobne pre nás nie je praktickým riešením na minimalizáciu našej radiačnej expozície v priestore. Sci-fi už dlho premýšľala o tom, ako dať ľuďom pozastavenú animáciu na dlhé vesmírne cesty, ale premeniť ľudí na scvrknuté, vyschnuté rozinky a potom ich rehydratovať späť na život nie je z lekárskeho hľadiska možné - alebo veľmi príťažlivé. Aj keby sme dokázali takýto postup vyvinúť, akonáhle by sa ľudské rozinky rozdrvili, opäť by boli náchylné na poškodenie žiarením.
Možno jedného dňa môžeme geneticky skonštruovať ľudí tak, aby mali rovnaké systémy na opravu žiarenia ako mikroorganizmy ako D. radiodurans. Ale aj keby bolo možné takéto drvenie s ľudským genómom možné, tieto odolné organizmy nie sú stopercentne odolné voči poškodeniu žiarením, takže zdravotné problémy by pretrvávali.
Takže z troch známych mechanizmov, ktoré vymyslel život v boji proti radiačnému poškodeniu - bariéry, opravy a vysúšanie -, najpraktickejším riešením pre ľudský vesmírny let by bolo navrhnúť lepšie radiačné bariéry. Anitori si myslí, že jeho štúdie o organizmoch jarnej paralany by nám niekedy mohli pomôcť vytvoriť také bariéry.
"Možno nás naučí príroda, napodobňujú niektoré tieniace mechanizmy používané mikróbmi," uvádza.
A Rothschild hovorí, že štúdie o žiarení by tiež mohli poskytnúť niekoľko dôležitých ponaučení, keď sa pozeráme na vytváranie spoločenstiev na Mesiaci, Marse a ďalších planétach.
„Keď začneme stavať ľudské kolónie, vezmeme s sebou organizmy. Nakoniec budete chcieť pestovať rastliny a prípadne si vytvoriť atmosféru na Marse a na Mesiaci. Možno nebudeme chcieť vynaložiť úsilie a peniaze na ich úplnú ochranu pred UV a kozmickým žiarením. “
Okrem toho, hovorí Rothschild, „ľudia sú plné mikróbov a bez nich by sme nemohli prežiť. Nevieme, aký vplyv bude mať žiarenie na túto pridruženú komunitu, a to môže byť problém viac ako priamy účinok žiarenia na ľudí. “
Verí, že jej štúdie budú užitočné aj pri hľadaní života v iných svetoch. Za predpokladu, že aj iné organizmy vo vesmíre sú založené na uhlíku a vode, môžeme predpokladať, v akých extrémnych podmienkach môžu prežiť.
„Zakaždým, keď nájdeme organizmus na Zemi, ktorý môže žiť ďalej a ďalej do environmentálneho extrému, zväčšili sme veľkosť obálky, o ktorej vieme, že život môže prežiť,“ hovorí Rothschild. „Ak pôjdeme na miesto na Marse, ktoré má určitý tok žiarenia, vysušenie a teplotu, môžeme povedať:‘ Na Zemi sú organizmy, ktoré môžu za týchto podmienok žiť. Život nebráni životu. “Teraz, či už je život, alebo nie, je iná záležitosť, ale aspoň môžeme povedať, že je to minimálna obálka pre život.“
Napríklad, Rothschild si myslí, že život by mohol byť možný v soľných kôrkach na Marse, ktoré sú podobné soľným kôrkam na Zemi, kde organizmy nachádzajú úkryt pred slnečným UV žiarením. Pozerá sa tiež na život žijúci pod ľadom a snehom na Zemi a pýta sa, či by organizmy mohli žiť porovnateľne chránenú existenciu pod ľadom Jupiterovho mesiaca Európa.
Pôvodný zdroj: NASA Astrobiology
