Päike on Maakera elu peamine kiirgusallikas. Pilt suuremalt
Kosmosereisidel on oma ohud. Mõnedel loomadel ja taimedel on välja kujunenud kaitsekate või pigmentatsioon, kuid mõned bakterivormid suudavad selle DNA-st kiirgusest põhjustatud kahjustusi tegelikult parandada. Tulevased kosmosereisijad võivad neid tehnikaid ära kasutada, et minimeerida pika kokkupuute tagajärjel tekkivat kahju.
Tähesõdade ja Star Treki filmides reisivad inimesed planeetide ja galaktikate vahel hõlpsalt. Kuid meie tulevik kosmoses pole kaugeltki kindel. Hüpervedude ja ussiaukude küsimused kõrvale jättes ei tundu olevat võimalik, et inimkeha suudaks vastu pidada kosmose karmi kiirguse pikaajalisele kokkupuutele.
Kiirgus pärineb paljudest allikatest. Päikesevalgus tekitab mitmesuguseid lainepikkusi alates pikalaine infrapunast kuni lühilainepikkuse ultraviolettkiirguseni (UV). Kosmoses olev taustkiirgus koosneb kõrge energiaga röntgenkiirtest, gammakiirtest ja kosmilistest kiirtest, mis kõik võivad meie keha rakkudega hävitada. Kuna selline ioniseeriv kiirgus tungib hõlpsalt kosmoseaparaatide seintesse ja kosmoseülikondadesse, peavad tänapäeval astronaudid piirama oma aega ruumis. Kuid isegi lühiajaliselt kosmoses viibimine suurendab märkimisväärselt nende vähktõve, katarakti ja muude kiirgusega seotud terviseprobleemide tõenäosust.
Selle probleemi lahendamiseks võime leida looduses kasulikke näpunäiteid. Paljud organismid on juba välja töötanud tõhusad strateegiad, et kaitsta end kiirguse eest.
Lynn Rothschild NASA Amesi uurimiskeskusest ütleb, et radiatsioon on Maal olnud alati eluohtlikuks ja seetõttu pidi elu leidma võimalusi sellega toimetulemiseks. See oli eriti oluline Maa kõige varasematel aastatel, kui elu koostisosad esimest korda kokku tulid. Kuna meie planeedil polnud atmosfääris algul palju hapnikku, puudus sellel ka osooni (O3) kiht, et blokeerida kahjulik kiirgus. See on üks põhjus, miks paljud arvavad, et elu sai alguse veealusest, kuna vesi suudab filtreerida valguse kahjulikumad lainepikkused.
Ometi fotosüntees? päikesevalguse muundamine keemiliseks energiaks? arenenud suhteliselt varakult elu ajaloos. Fotosünteetilised mikroobid nagu tsüanobakterid kasutasid toiduvalmistamiseks päikesevalgust juba 2,8 miljardit aastat tagasi (ja võib-olla isegi varem).
Seetõttu tegeles varane elu õrna tasakaalustamisega, õppides, kuidas kasutada kiirgust energia saamiseks, kaitstes end samal ajal kahju eest, mida kiirgus võib põhjustada. Kui päikesevalgus ei ole nii energiline kui röntgen- või gammakiirgus, absorbeerivad UV-lainepikkused eelistatult DNA aluseid ja valkude aromaatseid aminohappeid. See imendumine võib kahjustada rakke ja delikaatseid DNA ahelaid, mis kodeerivad elujuhiseid.
"Probleem on selles, et kui soovite kasutada päikesekiirgust fotosünteesi jaoks, peate heaga hakkama võtma ka halvaga - paljastate end ka ultraviolettkiirguse käes," ütleb Rothschild. "Nii et seal on mitmeid nippe, mida meie arvates kasutab varane elu nagu tänapäeval."
Lisaks vedela vee alla peitmisele kasutab elu ka muid looduslikke UV-kiirguse tõkkeid, nagu jää, liiv, kivid ja sool. Organismide arenedes suutsid mõned välja töötada oma kaitsetõkked, näiteks pigmentatsiooni või tugeva väliskesta.
Tänu fotosünteetilistele organismidele, mis täidavad atmosfääri hapnikuga (ja loovad seeläbi osoonikihi), ei vaja enamik maakera organisme tänapäeval kosmosest tuleneva kõrge energiaga UV-C-, röntgen- või gammakiirtega. Tegelikult on ainsad organismid, kes teadaolevalt kosmosega kokkupuudet üle elavad? vähemalt lühiajaliselt - kas bakterid ja samblikud. Bakterid vajavad varjestust, nii et nad ei saaks neid UV käes läbi praadida, kuid samblikel on piisavalt biomassi, et need toimiksid kaitseriietusena.
Kuid isegi hea paigalduse korral tekivad kiirguskahjustused. Samblikud ja bakterid talvituvad kosmoses? nad ei kasva, paljune ega tegele oma tavapäraste elufunktsioonidega. Maale naasmise ajal väljuvad nad sellest uinuvast olekust ja kahjustuste korral töötavad rakus olevad valgud rakuga lagunenud DNA ahelad kokku.
Sama kahjustuskontroll toimub ka Maa peal elavate organismidega, kui nad puutuvad kokku radioaktiivsete materjalidega nagu uraan ja raadium. Bakter Deinococcus radiodurans on niisuguse kiirgusremondi osas valitsev meister. (Kuid täielik parandamine pole alati võimalik, mistõttu võib kokkupuude kiirgusega põhjustada geneetilisi mutatsioone või surma.)
"Ma elan igaveses lootuses vabastada D. radiodurans," ütleb Rothchild. Kiirguskindlate mikroorganismide otsingud on viinud ta Austraaliasse Paralana kuumaveeallikale. Uraanirikkad graniidist kivimid kiirgavad gammakiiri, samas kui surmavad radooni gaasi mullid tõusevad kuumast veest üles. Kevadine elu on seetõttu avatud kõrgele kiirgusele? nii allpool, radioaktiivsetest materjalidest kui ka kõrgemal, Austraalia päikese intensiivse ultraviolettvalguse käes.
Rothschild sai kuumaveeallika kohta teada Roberto Anitorilt Macquarie ülikooli Austraalia astrobioloogiakeskusest. Anitori on sekveneerinud 16S ribosomaalse RNA geenid ja kultiveerinud radioaktiivsetes vetes üsna õnnelikult elavaid baktereid. Sarnaselt teiste organismidega Maal võivad ka Paralana sinivetikad ja muud mikroobid olla välja töötanud tõkked, et kaitsta end kiirguse eest.
“Olen märganud mõnel sealsel mikroobimatil tugevat, peaaegu silikoonitaolist kihti,” ütleb Anitori. "Ja kui ma ütlen" räni-sarnane ", ma mõtlen seda, mida te kasutate aknapaanide servadel."
"Lisaks võimalikele varjestusmehhanismidele kahtlustan, et Paralana mikroobidel on ka head DNA parandamise mehhanismid," lisab Anitori. Praegu saab ta vaid spekuleerida nende meetodite üle, mida Paralana organismid ellujäämiseks kasutasid. Siiski kavatseb ta nende kiirguskindluse strateegiaid lähemalt uurida selle aasta lõpus.
Lisaks Paralanale on Rothschildi juurdlused viinud ta Mehhiko ja Boliivia Andide äärmiselt kuivadesse piirkondadesse. Nagu selgub, on paljud organismid, kes arenesid elama kõrbetes, ka üsna hästi radiatsiooni kokkupuute korral.
Pikaajaline veekadu võib põhjustada DNA kahjustusi, kuid mõnedel organismidel on selle kahjustuse vastu välja töötatud tõhusad parandussüsteemid. Võimalik, et samu dehüdratsiooni parandamise süsteeme kasutatakse ka siis, kui organism peab parandama kiirgusest põhjustatud kahjustusi.
Kuid sellised organismid suudavad kahjustamise täielikult vältida lihtsalt kuivamise kaudu. Veepuudus kuivatatud, uinuvates rakkudes muudab nad ioniseeriva kiirguse mõjude suhtes palju vähem vastuvõtlikuks, mis võib rakke kahjustada vee vabade radikaalide (hüdroksüül- või OH-radikaalide) tekitamisega. Kuna vabadel radikaalidel on paarimata elektronid, proovivad nad innukalt suhelda DNA, valkude, rakumembraanide lipiidide ja kõige muuga, mida nad võivad leida. Selle tagajärjel tekkinud rusud võivad põhjustada organellide purunemist, blokeerida rakkude jagunemist või põhjustada rakkude surma.
Inimese rakkudes oleva vee eemaldamine pole meie jaoks tõenäoliselt praktiline lahendus kosmose kiirguse kokkupuute minimeerimiseks. Ulme on juba pikka aega mänginud mõttega panna inimesed pikkade kosmosereiside jaoks peatatud animatsiooni, kuid inimeste muutmine kokkutõmbunud, kuivatatud rosinateks ja nende taas elu taastamiseks pole meditsiiniliselt võimalik - või väga ahvatlev. Isegi kui me suudaksime sellise protseduuri välja töötada, oleksid inimese rosinad uuesti rehüdreeritud, ja need oleksid taas vastuvõtlikud kiirguskahjustustele.
Võib-olla suudame kunagi inimestel geneetiliselt muundada samu ülikiirguse parandamise süsteeme kui mikroorganismidel nagu D. radiodurans. Kuid isegi kui selline kohandamine inimese genoomiga oleks võimalik, pole need vastupidavad organismid sajaprotsendiliselt vastupidavad kiirguskahjustustele, nii et terviseprobleemid püsivad.
Niisiis kolmest teadaolevast mehhanismist, mille elu on kiirguskahjustuste vastu võitlemiseks välja töötanud - tõkked, parandamine ja kuivamine -, oleks inimeste kosmoselendude jaoks kõige vahetum praktiline lahendus paremate kiirgustõkete väljatöötamine. Anitori arvab, et tema uuringud Paralana kevade organismide kohta võiksid kunagi aidata meil selliseid tõkkeid kujundada.
"Võib-olla õpetab meid loodus, matkides mõnda mikroobide kasutatavat kaitsemehhanismi," nendib ta.
Ja Rothschild väidab, et kiirgusuuringud võivad anda ka olulisi õppetunde, kui loodame kogukondade loomisele Kuule, Marsile ja teistele planeetidele.
“Kui hakkame inimkolooniaid ehitama, võtame organismid endaga kaasa. Lõppkokkuvõttes tahad sa taimi kasvatada ja võimaluse korral luua atmosfääri Marsil ja Kuul. Võib-olla ei taha me kulutada pingutusi ja raha, et kaitsta neid täielikult ultraviolett- ja kosmilise kiirguse eest. ”
Lisaks ütleb Rothschild: “Inimesed on lihtsalt mikroobid täis ja me ei saaks ilma nendeta hakkama. Me ei tea, milline on kiirguse mõju sellele seotud kogukonnale ja see võib olla rohkem probleem kui kiirguse otsene mõju inimestele. "
Ta usub, et tema õpingutest on kasu ka elu otsimisel teistes maailmades. Eeldades, et ka teised universumi organismid põhinevad süsinikul ja veel, võime postitada, millistes ekstreemsetes tingimustes nad võiksid ellu jääda.
"Iga kord, kui leiame Maalt organismi, mis suudab elada kaugemale ja kaugemale keskkonna äärmusesse, oleme suurendanud selle ümbrise suurust, mida me teame, et elu suudab ellu jääda," ütleb Rothschild. "Nii et kui me läheme kohta Marsil, kus on teatud kiirgusvoog, kuivatus ja temperatuur, võime öelda:" Maal on organisme, kes saavad sellistes tingimustes elada. Mitte miski ei välista elu seal elamist. "Nüüd on teine asi see, kas elu on olemas või mitte, aga vähemalt võime öelda, et see on elu minimaalne ümbrik."
Näiteks arvab Rothschild, et elu on võimalik Marsil asuvates soolakoorides, mis sarnanevad Maapinnal asuvate soolakoorikutega, kus organismid leiavad päikese ultraviolettkiirguse eest varju. Ta vaatleb ka Maa peal jää ja lume all elavat elu ning küsib, kas organismid võiksid Jupiteri kuu Europa jää all elada suhteliselt kiirguskaitsega eksistentsi.
Algne allikas: NASA Astrobiology
