A nap a Föld egyik fő sugárzási forrása. kattints a kinagyításhoz
Az űrutazás veszélyeivel jár. Egyes állatok és növények védőborítást vagy pigmentációt fejlesztettek ki, de a baktériumok bizonyos formái valóban helyrehozhatják a DNS-nek a sugárzás által okozott károsodását. A jövőbeli űrutazók kihasználhatják ezeket a technikákat annak érdekében, hogy minimalizálják a hosszú expozíció által okozott károkat.
A Star Wars és a Star Trek filmekben az emberek könnyedén utazhatnak a bolygók és a galaxisok között. De az űrben való jövőnk messze nem biztos. A hiperhajtás és a féreglyukak kérdései mellett nem tűnik úgy tűnik, hogy az emberi test képes ellenállni a világűr súlyos sugárzása általi hosszabb expozíciónak.
A sugárzás számos forrásból származik. A napfény sokféle hullámhosszt hoz létre a hosszú hullámú infravörös és a rövid hullámhosszú ultraibolya (UV) hullámoktól. Az űrben a háttér sugárzás nagy energiájú röntgen, gamma és kozmikus sugarakból áll, amelyek mindegyike pusztíthat a testünk sejtjeivel. Mivel az ilyen ionizáló sugárzás könnyen behatol az űrhajók falaiba és az űrruhákba, az űrhajósoknak ma korlátozniuk kell a térben töltött idejüket. De ha a világűrben csak rövid ideig tartózkodik, jelentősen növeli a rák, szürkehályog és más sugárzással kapcsolatos egészségügyi problémák esélyeit.
A probléma leküzdéséhez hasznos tippeket találhatunk a természetben. Számos organizmus már kidolgozott hatékony stratégiákat a sugárzás elleni védelem érdekében.
Lynn Rothschild, a NASA Ames Kutatóközpontja szerint a sugárzás mindig veszélyt jelentett a földi életre, ezért az életnek meg kellett találnia a módját annak kezelésére. Ez különösen fontos volt a Föld legkorábbi éveiben, amikor az élet összetevői először jöttek össze. Mivel bolygónk kezdetben nem volt sok oxigén a légkörben, az ózonréteggel (O3) szintén hiányzott a káros sugárzás elkerülésére. Ez az egyik oka annak, hogy sokan úgy vélik, hogy az élet víz alatti eredetű, mivel a víz kiszűrheti a fény károsabb hullámhosszait.
Mégis fotoszintézis? a napfény kémiai energiává alakulása? az élet történetének viszonylag korai szakaszában fejlődött ki. A fotoszintézisű mikrobák, mint például a cianobaktériumok, már 2,8 milliárd évvel ezelőtt (és valószínűleg még korábban is) használtak napfényt az ételkészítéshez.
Ezért a korai életkorban egy finom kiegyensúlyozó cselekedet történt, megtanulva, hogyan kell energiát felhasználni a sugárzáshoz, miközben megvédi magát a sugárzás által okozott károktól. Míg a napfény nem olyan energikus, mint a röntgen vagy a gamma sugarak, az UV hullámhosszokat elsősorban a DNS-bázisok és a fehérjék aromás aminosavai abszorbeálják. Ez az abszorpció károsíthatja a sejteket és az érzékeny DNS-szálakat, amelyek az életre vonatkozó utasításokat kódolják.
"A probléma az, hogy ha a napsugárzást fotoszintézis céljából kívánja elérni, akkor a jót kell a rosszokkal is megtennie - az ultraibolya sugárzásnak is ki kell téged tenned magad" - mondja Rothschild. "Tehát vannak különböző trükkök, amelyekről azt gondoljuk, hogy a korai élet, mint a mai élet."
A folyékony víz alá bujkálás mellett az élet más természetes UV-sugárzást gátló tényezőket is felhasznál, például jég, homok, sziklák és só. Ahogy az organizmusok tovább fejlődtek, néhányuk képesek voltak kifejleszteni a saját védő korlátaik, például a pigmentáció vagy a kemény külső héj kialakulását.
A fotoszintetikus organizmusoknak köszönhetően, amelyek az atmoszférát oxigénnel töltik meg (és ezáltal ózonréteget generálnak), a Földön a legtöbb organizmusnak nem kell szembenéznie az űrből származó magas energiatartalmú UV-C, röntgen- vagy gamma-sugarakkal. Valójában az egyetlen olyan organizmus, amelyről ismert, hogy túléli az űrkutatást? legalábbis rövid távon - vannak baktériumok és zuzmók. A baktériumoknak szükségük van bizonyos árnyékolásra, így az UV nem süti őket, de a zuzmónak elegendő biomassza van ahhoz, hogy védőruhává váljon.
De még akkor is, ha jó akadály van a helyén, sugárterhelés történik. A zuzmó és a baktériumok hibernálnak az űrben? nem nőnek, nem szaporodnak és nem vesznek részt szokásos életfunkcióikban. A Földre való visszatéréskor kilépnek az alvó állapotból, és ha kárt okoztak, a sejtben levő fehérjék összegyűjtik azokat a DNS-szálakat, amelyeket a sugárzás széttépett.
Ugyanez a károsodás-ellenőrzés történik a Földön élő organizmusokon, amikor radioaktív anyagoknak, például uránnak és rádiumnak vannak kitéve. A Deinococcus radiodurans baktérium az uralkodó bajnok az ilyen sugárzás-javítás során. (A teljes javítás azonban nem mindig lehetséges, ezért a sugárterhelés genetikai mutációkhoz vagy halálhoz vezethet.)
„Örök reményben éltem, hogy leszerelem a D. radioduranokat” - mondja Rothchild. Sugárzásálló mikroorganizmusokat keresve ausztráliai Paralana meleg forrásába hozta. Az uránnal gazdag gránit kőzetek gamma-sugárzást bocsátanak ki, miközben a meleg vízből halálos radongázbuborékok képződnek. Ezért a tavaszi élet ki van téve a magas szintű sugárzásnak? mind az alul, mind a radioaktív anyagoktól, mind pedig az ausztrál nap intenzív UV-fényétől.
Rothschild a meleg forrásról Roberto Anitori-tól tanulmányozta a Macquarie Egyetem Ausztrál Astrobiológiai Központjától. Az Anitori szekvenálta a 16S riboszómális RNS géneket, és tenyésztette azokat a baktériumokat, amelyek meglehetősen boldogan élnek a radioaktív vizekben. Más földi organizmusokhoz hasonlóan a paralana cianobaktériumok és más mikrobák is akadályokat hoztak létre, hogy megvédjék magukat a sugárzástól.
"Én észrevettem egy kemény, szinte szilikonszerű réteget az ott található mikrobiális szőnyegeken" - mondja Anitori. "És amikor azt mondom, hogy" szilícium-szerű ", akkor azt értem, amit az ablaküveg szélén használsz."
"A lehetséges árnyékoló mechanizmusok mellett azt gyanítom, hogy a paralanai mikrobáknak jó DNS-javító mechanizmusuk is van" - tette hozzá Anitori. Jelenleg csak azon spekulációkkal foglalkozhat, amelyeket a paralana organizmusok használtak a túléléshez. Azonban azt tervezi, hogy az év későbbi szakaszában szorosan megvizsgálják a sugárzási ellenállás stratégiáikat.
Paralana mellett Rothschild nyomozásai rendkívül száraz megyékbe vezettek Mexikóban és a bolíviai Andokban. Mint kiderült, sok sivatagban élõ organizmus szintén meglehetõsen jól képes túlélni a sugárterhelést.
A hosszabb vízvesztés DNS-károsodást okozhat, de néhány szervezet hatékony kijavító rendszereket fejlesztett ki e károsodás leküzdésére. Lehetséges, hogy ugyanezeket a dehidrációjavító rendszereket akkor is használják, amikor a szervezetnek javítania kell a sugárzás okozta károkat.
De ezek az organizmusok teljes egészében elkerülhetik a károsodást, egyszerűen kiszárítva. A vízhiány a kiszáradt, alvásos sejtekben sokkal kevésbé lesz érzékeny az ionizáló sugárzás hatására, ami károsíthatja a sejteket, ha víz szabad gyököket (hidroxil- vagy OH-gyököket) termel. Mivel a szabad gyökök páratlan elektronokat tartalmaznak, lelkesen próbálnak kölcsönhatásba lépni a sejtek membránjain található DNS-ekkel, fehérjékkel, lipidekkel és bármivel. Az ebből adódó roncsok organellek károsodásához vezethetnek, blokkolhatják a sejtosztódást vagy a sejthalálhoz vezethetnek.
Az emberi sejtek vízének kiküszöbölése valószínűleg nem praktikus megoldás számunkra, hogy minimalizáljuk a sugárzás expozícióját az űrben. A tudományos fikció már régóta azzal a gondolattal foglalkozik, hogy az embereket felfüggesztett animációba tegyék a hosszú űrutazások során, de orvosilag nem lehetséges - vagy nagyon vonzó - az embereket zsugorodott, kiszáradt mazsolakká változtatni, majd újra életre kelteni őket. Még ha kidolgoznánk is egy ilyen eljárást, ha az emberi mazsola rehidratálódna, akkor ismét hajlamosak lesznek sugárterhelésre.
Lehet, hogy valaha genetikailag megtervezhetjük az embereket, hogy ugyanolyan szuper sugárzás-helyreállító rendszereket építsünk fel, mint a mikroorganizmusok, mint a D. radiodurans. De még ha lehetséges lenne is az emberi genom megkönnyítése, ezek a kemény szervezetek nem lennének 100% -ban ellenállóak a sugárzás káros hatásaival, így az egészségügyi problémák továbbra is fennállnak.
A három ismert mechanizmus közül, amelyeket az élet a sugárzás káros hatásának leküzdésére dolgozott ki - akadályok, javítás és kiszáradás -, az emberi űrrepüléshez a leggyorsabb gyakorlati megoldás az, hogy jobb sugárzási akadályokat dolgozzon ki. Anitori úgy gondolja, hogy a paralana tavaszi organizmusokkal kapcsolatos tanulmányai valamikor segíthetnek bennünket az ilyen akadályok megtervezésében.
"Talán a természet tanít minket, utánozva néhány mikrobák által használt árnyékolási mechanizmust" - állítja.
Rothschild szerint a sugárzási tanulmányok szintén fontos tanulságokat nyújthatnak, amikor arra törekszünk, hogy közösségeket hozzunk létre a holdon, a Marson és más bolygókon.
„Amikor elkezdjük építeni az emberi kolóniákat, organizmusokat fogunk vinni magunkkal. Végül a növényeket akarjuk termeszteni, és valószínűleg légkört készíteni a Marson és a Holdon. Lehet, hogy nem akarjuk költeni az erőfeszítéseket és a pénzt, hogy teljes mértékben megvédjük őket az UV és a kozmikus sugárzástól. ”
Rothschild szerint ezenkívül az emberek csak tele vannak mikrobákkal, és nélküle nem lennénk képesek életben maradni. Nem tudjuk, hogy a sugárzás milyen hatással lesz arra a társult közösségre, és ez több problémát jelenthet, mint a sugárzásnak az emberre gyakorolt közvetlen hatása. "
Úgy véli, hogy tanulmányai hasznosak lesznek más világok életének kutatásában is. Feltételezve, hogy az univerzumban más szervezetek is szénre és vízre épülnek, feltételezhetjük, milyen szélsőséges körülmények között élhetnek meg.
"Minden alkalommal, amikor egy olyan szervezetet találunk a Földön, amely tovább és tovább élhet egy környezeti szélsőséges helyzetbe, megnöveljük annak a borítéknak a méretét, amiről tudjuk, hogy az élet életben maradhat" - mondja Rothschild. „Tehát ha egy olyan helyre megyünk a Marson, ahol bizonyos sugárzási fluxus, kiszáradás és hőmérséklet van, mondhatjuk:„ A Földön vannak szervezetek, amelyek ilyen körülmények között élhetnek. Semmi nem zárja ki, hogy az élet ott éljen. "Más kérdés, hogy létezik-e élet vagy sem, de legalább azt mondhatjuk, hogy ez az élet minimális borítéka."
Például Rothschild úgy véli, hogy az élet lehetséges lehet a Mars sós kéregében, amelyek hasonlóak a földön található sós kéreghez, ahol az organizmusok menedéket találnak a napsugárzástól. Megvizsgálja a jégen és a hó alatt a Földön élő életet is, és azon töprengett, vajon az organizmusok élhetnek-e egy viszonylag sugárzással védett létezést a Jupiter holdja Europa jégében.
Eredeti forrás: NASA Astrobiology
