Слънцето е основен източник на радиация за живота на Земята. Щракнете за уголемяване
Космическото пътуване има своите опасности. Някои животни и растения са еволюирали защитно покритие или пигментация, но някои форми на бактерии всъщност могат да поправят щетите на нейната ДНК от радиация. Бъдещите космически пътешественици могат да се възползват от тези техники, за да сведат до минимум вредата, която получават при продължително излагане.
В филмите "Междузвездни войни" и "Стар Трек" хората пътуват между планети и галактики с лекота. Но бъдещето ни в космоса далеч не е сигурно. Проблемът с хипердвигателя и червейните дупки настрана не изглежда възможно човешкото тяло да издържи на продължително излагане на силното излъчване на космическото пространство.
Радиацията идва от много източници. Светлината от слънцето произвежда диапазон от дължини на вълните от дълговълнов инфрачервен до ултравиолетов с къса вълна (UV). Фоновото излъчване в космоса се състои от високоенергийни рентгенови лъчи, гама лъчи и космически лъчи, които всички могат да играят поразия с клетките в нашите тела. Тъй като такова йонизиращо лъчение лесно прониква в стените на космическите кораби и скафандрите, днес астронавтите трябва да ограничат времето си в космоса. Но да бъдат в космическото пространство дори за кратко време значително увеличават шансовете им за развитие на рак, катаракта и други здравословни проблеми, свързани с радиацията.
За да преодолеем този проблем, можем да намерим някои полезни съвети в природата. Много организми вече са измислили ефективни стратегии за защита от радиация.
Лин Ротшилд от изследователския център на НАСА Еймс казва, че радиацията винаги е била опасност за живота на Земята и затова животът е трябвало да намери начини да се справи с нея. Това беше особено важно през най-ранните години на Земята, когато съставките за живота за първи път се събираха. Тъй като нашата планета първоначално не е имала много кислород в атмосферата, на нея също липсваше озон (O3) слой, който да блокира вредното излъчване. Това е една от причините, поради които мнозина смятат, че животът е възникнал под вода, тъй като водата може да филтрира по-вредните дължини на вълната на светлината.
И все пак фотосинтезата? превръщането на слънчевата светлина в химическа енергия? разви се сравнително рано в историята на живота. Фотосинтетичните микроби като цианобактериите са използвали слънчева светлина, за да приготвят храна още преди 2,8 милиарда години (а вероятно и по-рано).
Следователно ранният живот участва в деликатен балансиращ акт, научавайки се как да използва радиация за енергия, като същевременно се предпазва от щетите, които радиацията може да причини. Докато слънчевата светлина не е толкова енергична, колкото рентгенови или гама лъчи, дължините на UV лъчите се абсорбират за предпочитане от ДНК бази и от ароматните аминокиселини на протеините. Това усвояване може да повреди клетките и деликатните нишки на ДНК, които кодират инструкциите за живот.
„Проблемът е, че ако ще получите достъп до слънчева радиация за фотосинтеза, трябва да вземете доброто с лошото - вие също се излагате на ултравиолетовото лъчение“, казва Ротшилд. „Така че има различни трикове, които смятаме, че ранният живот е използван, както днес.“
Освен че се крие под течна вода, животът използва и други естествени бариери от UV лъчение, като лед, пясък, скали и сол. Докато организмите продължиха да се развиват, някои успяха да развият собствени защитни бариери, като пигментация или твърда външна обвивка.
Благодарение на фотосинтетичните организми, запълващи атмосферата с кислород (и по този начин генерира озонов слой), повечето организми на Земята днес не е необходимо да се борят с високоенергийни UV-C лъчи, рентгенови лъчи или гама лъчи от космоса. Всъщност единствените организми, за които се знае, че оцеляват в космическото излагане? поне в краткосрочен план - са бактерии и лишеи. Бактериите се нуждаят от малко екраниране, за да не се запържат от UV, но лишеите имат достатъчно биомаса, за да действат като защитен скафандър.
Но дори и при добра бариера на място, понякога има радиационни щети. Лишайникът и бактериите зимуват, докато са в космоса? те не растат, не се размножават или не участват в нито една от техните нормални жизнени функции. След завръщането си на Земята те излизат от това състояние на сън и ако има нанесени щети, протеините в клетката работят, за да сплотят ДНК нишки, които се разрушават от радиация.
Същият контрол на щетите се случва с организмите на Земята, когато са изложени на радиоактивни материали като уран и радий. Бактерията Deinococcus radiodurans е водещият шампион, когато става въпрос за този вид радиационен ремонт. (Пълният ремонт обаче не винаги е възможен, поради което радиационното облъчване може да доведе до генетични мутации или смърт.)
„Живея във вечна надежда за премахване на D. radiodurans“, казва Ротшилд. Нейното търсене на устойчиви на радиация микроорганизми я докара до горещия извор Паралана в Австралия. Богатите на уран гранитни скали излъчват гама лъчи, докато смъртоносни радонови газови мехурчета нагоре от горещата вода. Затова животът през пролетта е изложен на високи нива на радиация? и отдолу, от радиоактивните материали и отгоре, от интензивната UV светлина на австралийското слънце.
Ротшилд научи за горещия извор от Роберто Анитори от Австралийския център по астробиология на университета Маквари. Anitori секвентира 16S рибозомните РНК гени и култивира бактериите, които живеят доста щастливо в радиоактивните води. Подобно на други организми на Земята, цианобактериите Паралана и други микроби може да са създали бариери, които да се предпазват от радиацията.
„Забелязах твърд, почти силиконов слой на някои от микробните рогозки там“, казва Анитори. „И когато казвам„ подобен на силиций “, имам предвид вида, който използвате за кантиране на прозореца.“
„Освен възможните защитни механизми, подозирам, че микробите в Паралана имат и добри механизми за възстановяване на ДНК“, добавя Анитори. В момента той може само да спекулира за методите, използвани от организмите на Паралана за оцеляване. Той обаче планира да проучи внимателно техните стратегии за радиационна устойчивост по-късно тази година.
Освен Паралана, разследванията на Ротшилд я доведоха до изключително сухи райони в Мексико и Боливийските Анди. Както се оказва, много организми, които са се развили да живеят в пустини, също са доста добри в оцеляването на радиационното излагане.
Продължителната загуба на вода може да причини увреждане на ДНК, но някои организми са разработили ефективни ремонтиращи системи за борба с тази вреда. Възможно е същите тези системи за възстановяване на дехидратацията да се използват, когато организмът има нужда да поправи поражения, причинени от радиация.
Но такива организми може да са в състояние да избегнат повреди, просто като се изсушат. Липсата на вода в изсушени, заспали клетки ги прави много по-малко податливи на въздействието на йонизиращо лъчение, което може да навреди на клетките, като произвежда свободни радикали на водата (хидроксил или ОН радикал). Тъй като свободните радикали имат несдвоени електрони, те нетърпеливо се опитват да взаимодействат с ДНК, протеини, липиди в клетъчните мембрани и всичко друго, което могат да намерят. Получените отломки могат да доведат до отказ на органела, блокиране на клетъчното делене или причиняване на клетъчна смърт.
Елиминирането на водата в човешките клетки вероятно не е практично решение за нас, за да минимизираме излагането на радиация в космоса. Научната фантастика отдавна се играе с идеята да вкара хората в спрена анимация за дълги космически пътувания, но превръщането на хората в изсъхнали, изсъхнали стафиди и след това рехидратирането им обратно към живота не е медицинско възможно - или е много привлекателно. Дори и да успеем да разработим такава процедура, след като човешките стафиди се рехидратират, те отново ще бъдат податливи на радиационно увреждане.
Може би някой ден можем да проектираме генетично хората, които да имат същите системи за възстановяване на супер радиация като микроорганизмите като D. radiodurans. Но дори и да е възможно подобно свързване с човешкия геном, тези издръжливи организми не са 100 процента устойчиви на радиационни увреждания, така че здравословните проблеми ще продължат.
Така че от трите известни механизма, които животът е измислил за борба с радиационните щети - бариери, ремонт и изсушаване - най-незабавното практическо решение за човешкия космически полет би било да се създадат по-добри радиационни бариери. Анитори смята, че неговите изследвания върху организмите на пролетта Паралана някой ден биха могли да ни помогнат да създадем такива бариери.
„Може би ще ни научи природата, имитирайки някои от защитните механизми, използвани от микробите“, заявява той.
И Ротшилд казва, че радиационните изследвания също биха могли да дадат някои важни уроци, когато гледаме към създаването на общности на Луната, Марс и други планети.
„Когато започнем да изграждаме човешки колонии, ще вземем организми със себе си. В крайна сметка ще искате да отглеждате растения и евентуално да направите атмосфера на Марс и на Луната. Може да не искаме да харчим усилията и парите, за да ги защитим напълно от UV и космическото излъчване. "
В допълнение, казва Ротшилд, „хората са просто пълни с микроби и ние не бихме могли да оцелеем без тях. Не знаем какъв ефект ще има радиацията върху свързаната общност и това може да е по-голям проблем, отколкото директният ефект на радиацията върху хората. "
Тя вярва, че нейните проучвания също ще бъдат полезни в търсенето на живот в други светове. Ако приемем, че и другите организми във Вселената също се основават на въглерод и вода, можем да постулираме в какви екстремни условия биха могли да оцелеят.
„Всеки път, когато намерим организъм на Земята, който може да живее все по-навътре и да навлиза в екстремна околна среда, ние увеличаваме размера на тази обвивка от това, за което знаем, че животът може да оцелее вътре“, казва Ротшилд. „Така че, ако отидем на място на Марс, което има определен радиационен поток, изсушаване и температура, можем да кажем:„ На Земята има организми, които могат да живеят при тези условия. Няма нищо, което пречи на живота да живее там. "Сега, дали животът е там или не, е друг въпрос, но поне можем да кажем, че това е минималната обвивка за живота."
Например Ротшилд смята, че животът може да бъде възможен в солените кори на Марс, които са подобни на солените кори на Земята, където организмите намират убежище от слънчевия UV. Тя също така гледа на живота, който на Земята живее под лед и сняг и се чуди дали организмите биха могли да живеят сравнително защитено от радиация съществуване под леда на луната Европа на Юпитер.
Оригинален източник: Астробиология на НАСА
