Slunce je hlavním zdrojem záření pro život na Zemi. Klikni pro zvětšení
Vesmírné cestování má svá nebezpečí. U některých zvířat a rostlin se vyvinul ochranný obal nebo pigmentace, ale některé formy bakterií mohou skutečně opravit poškození své DNA radiací. Budoucí cestující do vesmíru by mohli tyto techniky využít k minimalizaci poškození, které jim způsobí dlouhé expozice.
Ve filmech Star Wars a Star Trek lidé snadno cestují mezi planetami a galaxiemi. Ale naše budoucnost ve vesmíru není zdaleka zajištěna. Kromě problémů s hyperpohonem a červími dírami se nezdá možné, že by lidské tělo vydrželo delší expozici drsnému záření vnějšího prostoru.
Záření pochází z mnoha zdrojů. Světlo ze slunce produkuje řadu vlnových délek od dlouhovlnného infračerveného záření po ultrafialové záření s krátkou vlnovou délkou (UV). Záření pozadí ve vesmíru se skládá z vysokoenergetických rentgenových paprsků, gama paprsků a kosmických paprsků, které mohou všichni spouštět buňky v našich tělech. Protože takové ionizující záření snadno proniká stěnami kosmických lodí a skafandry, musí astronauti dnes omezit svůj čas ve vesmíru. Ale krátkodobý pobyt ve vesmíru značně zvyšuje šance na rozvoj rakoviny, katarakty a dalších zdravotních problémů souvisejících s ozařováním.
K překonání tohoto problému můžeme najít několik užitečných tipů v přírodě. Mnoho organismů již vymyslelo účinné strategie, jak se chránit před zářením.
Lynn Rothschild z výzkumného střediska NASA Ames Research Center říká, že záření vždy představovalo nebezpečí pro život na Zemi, a tak život musel najít způsoby, jak se s tím vypořádat. To bylo obzvláště důležité během prvních let Země, kdy se složky života poprvé spojovaly. Protože naše planeta původně neměla v atmosféře tolik kyslíku, postrádala také ozonovou (O3) vrstvu, která blokovala škodlivé záření. To je jeden z důvodů, proč mnozí věří, že život vznikl pod vodou, protože voda může odfiltrovat škodlivější vlnové délky světla.
Ještě fotosyntéza? přeměna slunečního světla na chemickou energii? vyvinul relativně brzy v historii života. Fotosyntetické mikroby jako cyanobakterie používaly sluneční světlo k výrobě potravin již před 2,8 miliardami let (a možná i dříve).
Raný život se proto zapojil do citlivého vyrovnávacího aktu, který se naučil, jak používat záření pro energii a zároveň se chránil před poškozením, které by záření mohlo způsobit. Zatímco sluneční světlo není tak energetické jako rentgenové nebo gama záření, UV vlnové délky jsou přednostně absorbovány DNA bázemi a aromatickými aminokyselinami proteinů. Tato absorpce může poškodit buňky a jemné DNA řetězce, které kódují pokyny pro život.
"Problém je, že pokud se chystáte dostat ke slunečnímu záření pro fotosyntézu, musíte si vzít dobro se špatným - také se vystavujete ultrafialovému záření," říká Rothschild. "Takže existuje řada triků, o kterých si myslíme, že byl používán v raném životě, stejně jako dnes."
Kromě úkrytu pod kapalnou vodou život využívá i jiné přírodní bariéry proti UV záření, jako je led, písek, horniny a sůl. Jak se organismy dále vyvíjely, některé byly schopné vyvinout své vlastní ochranné bariéry, jako je pigmentace nebo tvrdá vnější skořepina.
Díky fotosyntetickým organismům, které naplňují atmosféru kyslíkem (a tím vytvářejí ozonovou vrstvu), dnes většina organismů na Zemi nemusí bojovat s vysokoenergetickými UV-C paprsky, rentgenovými paprsky nebo gama paprsky z vesmíru. Ve skutečnosti jsou jediné organismy, o nichž je známo, že přežívají expozici vesmíru? přinejmenším v krátkodobém horizontu - jsou bakterie a lišejníky. Bakterie potřebují nějaké stínění, aby se ne- smažily UV zářením, ale lišejníky mají dostatek biomasy, aby fungovaly jako ochranný skafandr.
Ale dokonce i s dobrou bariérou dochází někdy k radiačnímu poškození. Lišejníky a bakterie hibernace, zatímco ve vesmíru? nerostou, množí se ani se nezabývají žádnou ze svých běžných životních funkcí. Po návratu na Zemi opustí tento spící stav a v případě poškození způsobí proteiny v buňce, aby rozdělovaly DNA řetězce rozdělené radiací.
Stejná kontrola poškození nastává u organismů na Zemi, když jsou vystaveny radioaktivním materiálům, jako je uran a radium. Bakterie Deinococcus radiodurans je v tomto druhu radiační opravy vládnoucím šampionem. (Kompletní oprava však není vždy možná, proto může radiační expozice vést ke genetickým mutacím nebo smrti.)
"Bydlím ve věčné naději, že budu vyřazovat D. radiodurany," říká Rothchild. Její hledání mikroorganismů odolných vůči záření ji přivedlo na horký pramen Paralana v Austrálii. Žulové kameny bohaté na uran emitují gama paprsky, zatímco smrtelné radonové bubliny plynu vystupují z horké vody. Život na jaře je tedy vystaven vysoké úrovni záření? obě níže, z radioaktivních materiálů a výše, z intenzivního UV světla australského slunce.
Rothschild se dozvěděl o horkém prameni od australského centra astrobiologie na univerzitě Roberta Anitoriho z Macquarie University. Anitori sekvenovalo 16S ribozomální RNA geny a kultivovalo bakterie, které žijí docela šťastně v radioaktivních vodách. Stejně jako jiné organismy na Zemi, i Paralana cyanobacteria a další mikroby mohly vymyslet bariéry, které by se chránily před zářením.
"Všiml jsem si tvrdé, téměř silikonové vrstvy na některých mikrobiálních rohožích," říká Anitori. "A když řeknu" křemíkové, "mám na mysli druh, který používáte na hraně oken."
"Kromě možných mechanismů stínění mám podezření, že mikroby v Paralaně mají také dobré mechanismy opravy DNA," dodává Anitori. V tuto chvíli může pouze spekulovat o metodách, které pro přežití používají organismy Paralana. Koncem letošního roku však plánuje důkladně prozkoumat své strategie radiačního odporu.
Kromě Paralany ji Rothschildova vyšetřování přivedla do extrémně vyprahlých oblastí v Mexiku a bolívijských Andách. Jak se ukazuje, mnoho organismů, které se vyvinuly k životu v pouštích, je také docela dobře v přežívání radiační expozice.
Dlouhodobá ztráta vody může způsobit poškození DNA, ale některé organismy vyvinuly účinné opravné systémy pro boj s tímto poškozením. Je možné, že tyto stejné dehydratační opravné systémy se používají, když organismus potřebuje opravit poškození způsobené zářením.
Ale takové organismy mohou být schopny zabránit poškození úplně jednoduše tím, že jsou vysušeny. Nedostatek vody v vysušených, spících buňkách je činí mnohem méně citlivými na účinky ionizujícího záření, které může poškodit buňky produkováním volných radikálů vody (hydroxylové nebo OH radikály). Protože volné radikály mají nepárové elektrony, dychtivě se snaží interagovat s DNA, proteiny, lipidy v buněčných membránách a s čímkoli jiným, co najdou. Výsledné trosky mohou vést k selhání organel, blokovat buněčné dělení nebo způsobit buněčnou smrt.
Eliminace vody v lidských buňkách pro nás pravděpodobně není praktickým řešením, abychom minimalizovali naši expozici záření ve vesmíru. Sci-fi už dlouho pohrává s myšlenkou umístit lidi do pozastavené animace na dlouhé vesmírné cesty, ale přeměnit lidi v scvrklé, vyschlé rozinky a poté je rehydratovat zpět k životu není lékařsky možné - nebo velmi přitažlivé. I kdybychom takový postup dokázali vyvinout, jakmile by se lidské rozinky rozmělnily, byly by znovu náchylné k poškození radiace.
Možná jednoho dne můžeme geneticky modifikovat lidi tak, aby měli stejné systémy super opravné radiace jako mikroorganismy jako D. radiodurans. Ale i kdyby bylo možné takové drcení s lidským genomem možné, tyto odolné organismy nejsou stoprocentně odolné vůči poškození radiace, takže zdravotní problémy přetrvávají.
Takže ze tří známých mechanismů, které vymyslel život v boji proti radiačnímu poškození - bariérám, opravám a vysoušení - by nejpraktičtějším řešením pro lidské kosmické lety bylo vymyslet lepší radiační bariéry. Anitori si myslí, že jeho studie o organismech Paralana Spring by nám jednoho dne mohla pomoci vytvořit takové bariéry.
"Možná nás bude učit příroda, napodobující některé z ochranných mechanismů používaných mikroby," uvádí.
A Rothschild říká, že studie o radiaci by také mohly poskytnout několik důležitých lekcí, když se podíváme na zakládání komunit na Měsíci, na Marsu a na dalších planetách.
"Když začneme stavět lidské kolonie, vezmeme s sebou organismy." Nakonec budete chtít pěstovat rostliny a možná vytvořit atmosféru na Marsu a na Měsíci. Možná nebudeme chtít vynaložit úsilí a peníze na jejich úplnou ochranu před UV a kosmickým zářením. “
Kromě toho, říká Rothschild, „lidé jsou jen mikrobi a bez nich bychom nemohli přežít. Nevíme, jaký vliv bude mít záření na tuto přidruženou komunitu, a to může být více problém než přímý dopad záření na člověka. “
Věří, že její studie budou také užitečné při hledání života v jiných světech. Za předpokladu, že i jiné organismy ve vesmíru jsou založeny také na uhlíku a vodě, můžeme předpokládat, v jakých extrémních podmínkách mohou přežít.
"Pokaždé, když na Zemi najdeme organismus, který může žít dále a dále do environmentálního extrému, zvětšili jsme velikost té obálky, o které víme, že život může uvnitř přežít," říká Rothschild. "Takže pokud půjdeme na místo na Marsu, které má určitý tok záření, vysychání a teplotu, můžeme říci:" Na Zemi existují organismy, které mohou za těchto podmínek žít. Nic nebrání tomu, aby tam život žil. “Teď, ať už je život, nebo ne, je jiná věc, ale můžeme alespoň říci, že je to minimální obálka pro život.“
Například, Rothschild si myslí, že život by mohl být možný v solných krustech na Marsu, které jsou podobné solným krusty na Zemi, kde organismy nacházejí úkryt před UV zářením. Také se dívá na život žijící pod ledem a sněhem na Zemi a přemýšlí, zda by organismy mohly žít poměrně silně chráněnou existenci pod ledem Jupiterova měsíce Europa.
Původní zdroj: NASA Astrobiology
