Saulė yra pagrindinis gyvybės Žemėje radiacijos šaltinis. Spustelėkite norėdami padidinti
Kelionės kosmose kelia pavojų. Kai kuriems gyvūnams ir augalams atsirado apsauginė danga ar pigmentacija, tačiau kai kurios bakterijos gali ištaisyti jos DNR žalą radiacijos dėka. Būsimi kosmoso keliautojai gali pasinaudoti šiais būdais, kad sumažintų žalą, kurią jiems sukelia ilgas poveikis.
„Žvaigždžių karų“ ir „Žvaigždžių treko“ filmuose žmonės lengvai keliauja tarp planetų ir galaktikų. Tačiau mūsų ateitis kosmose toli gražu nėra užtikrinta. Panašu, kad neatsiranda hipervairovės ir sliekų skylių problemos. Negalima atrodyti, kad žmogaus kūnas galėtų atlaikyti ilgalaikį atšiaurios kosmoso radiacijos poveikį.
Spinduliuotė kyla iš daugelio šaltinių. Saulės šviesa sukuria ilgio bangų diapazoną: nuo ilgųjų bangų infraraudonųjų spindulių iki ultravioletinių spindulių (UV). Foninę radiaciją kosmose sudaro aukštos energijos rentgeno, gama ir kosminiai spinduliai, kurie visi gali sujaukti mūsų kūno ląsteles. Kadangi tokia jonizuojančioji spinduliuotė lengvai prasiskverbia pro erdvėlaivio sienas ir kosminius kostiumus, astronautai šiandien privalo riboti savo laiką erdvėje. Bet net ir trumpą laiką būdami kosminėje erdvėje, padidėja vėžys, katarakta ir kitos su radiacija susijusios sveikatos problemos.
Norėdami išspręsti šią problemą, galime rasti naudingų patarimų gamtoje. Daugelis organizmų jau yra sukūrę veiksmingas strategijas, kaip apsisaugoti nuo radiacijos.
Lynn Rothschild iš NASA Ames tyrimų centro sako, kad radiacija visada buvo pavojus gyvybei Žemėje, todėl gyvybė turėjo rasti būdų, kaip su ja susidoroti. Tai buvo ypač svarbu ankstyviausiais Žemės metais, kai gyvybės sudedamosios dalys buvo sujungtos pirmą kartą. Kadangi mūsų planetoje iš pradžių nebuvo daug deguonies atmosferoje, jai taip pat trūko ozono (O3) sluoksnio, kuris blokuotų kenksmingą radiaciją. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl daugelis mano, kad gyvybė atsirado po vandeniu, nes vanduo gali išfiltruoti daugiau žalingų šviesos bangų ilgių.
Vis dėlto fotosintezė? saulės šviesos pavertimas chemine energija? išsivystė palyginti anksti gyvenimo istorijoje. Fotosintetiniai mikrobai, pavyzdžiui, cianobakterijos, maistui gaminti naudodavo saulės spindulius jau prieš 2,8 milijardo metų (ir galbūt dar anksčiau).
Taigi ankstyvasis gyvenimas buvo susijęs su subtiliu balansavimo veiksmu, išmokant naudoti radiaciją energijai, saugantis nuo žalos, kurią radiacija gali sukelti. Nors saulės šviesa nėra tokia energinga kaip rentgeno ar gama spinduliai, UV bangos ilgį pirmiausia sugeria DNR bazės ir baltymų aromatinės aminorūgštys. Ši absorbcija gali pakenkti ląstelėms ir subtilioms DNR grandinėms, koduojančioms gyvenimo instrukcijas.
„Problema yra ta, kad jei norite naudoti saulės spinduliuotę fotosintezei, jūs turite atsižvelgti į gera su bloga - jūs taip pat patiriate ultravioletinę spinduliuotę“, - sako Rothschild. „Taigi yra įvairių gudrybių, kuriomis, mūsų manymu, naudojamas ankstyvasis gyvenimas, kaip ir šiandien.“
Gyvenimas ne tik slepia po skystu vandeniu, bet ir naudoja kitas natūralias UV spinduliuotės kliūtis, tokias kaip ledas, smėlis, uolienos ir druska. Organizmams tobulėjant, kai kurie sugebėjo sukurti savo apsauginius barjerus, tokius kaip pigmentacija ar kietas išorinis apvalkalas.
Dėl fotosintetinių organizmų, kurie užpildo atmosferą deguonimi (ir tokiu būdu sukuria ozono sluoksnį), daugumai Žemės organizmų šiandien nereikia kovoti su didelės energijos UV-C, rentgeno ar gama spinduliais iš kosmoso. Iš tikrųjų vieninteliai žinomi organizmai, išgyvenantys kosmoso poveikį? bent jau per trumpą laiką - ar yra bakterijų ir kerpių. Bakterijas reikia šiek tiek apsaugoti, kad jos neperdegtų UV spinduliai, tačiau kerpės turi pakankamai biomasės, kad veiktų kaip apsauginis kostiumas.
Bet net ir esant gerai užtvarai, radiacija gali būti pažeista. Kerpės ir bakterijos žiemoja būdami kosmose? jie neauga, dauginasi ir neužsiima jokiomis įprastomis gyvenimo funkcijomis. Grįžę į Žemę, jie išeina iš ramybės būsenos ir, jei buvo padaryta žala, ląstelėje esantys baltymai sutelkia DNR grandines, kurios buvo suskaidytos radiacijos dėka.
Tokia pati žalos kontrolė taikoma organizmams Žemėje, kai jie yra veikiami radioaktyviųjų medžiagų, tokių kaip uranas ir radžio. Bakterija „Deinococcus radiodurans“ yra šios rūšies radiacijos atkūrimo čempionė. (Tačiau ne visada tai įmanoma visiškai atstatyti, todėl radiacijos poveikis gali sukelti genetines mutacijas ar mirtį.)
„Aš gyvenu amžinoje viltyje išlaisvinti D. radioduransą“, - sako Rotšildas. Radiaciniam poveikiui atsparių mikroorganizmų paieška ją atvedė į karštą šaltinį Paralanoje Australijoje. Urano turtingos granito uolienos skleidžia gama spindulius, o mirtinos radono dujos burbuliuoja iš karšto vandens. Todėl pavasarį gyvenimas yra veikiamas didelio radiacijos lygio? tiek apačioje, tiek iš radioaktyviųjų medžiagų, tiek aukščiau - nuo intensyvios Australijos saulės ultravioletinių spindulių.
Rotšildas apie karštą šaltinį sužinojo iš Roberto Anitori iš Macquarie universiteto Australijos astrobiologijos centro. Anitori sukūrė 16S ribosomų RNR genų seką ir augina bakterijas, kurios gana laimingai gyvena radioaktyviuose vandenyse. Kaip ir kiti Žemėje esantys organizmai, Paralanos melsvadumbliai ir kiti mikrobai galėjo sukurti kliūčių apsisaugoti nuo radiacijos.
„Aš pastebėjau kietą, beveik į silikoną panašų sluoksnį ant kai kurių ten esančių mikrobinių kilimėlių“, - sako Anitori. „Ir kai sakau„ panašus į silicį “, turiu omenyje tai, ką naudojate langų apvadų apvadu.“
„Be galimų apsauginių mechanizmų, įtariu, kad Paralanos mikrobai taip pat turi gerus DNR atstatymo mechanizmus“, - priduria Anitori. Šiuo metu jis gali tik spėlioti apie metodus, kuriuos Paralanos organizmai naudoja išgyvendami. Tačiau jis planuoja atidžiau ištirti jų atsparumo radiacijai strategijas vėliau šiais metais.
Be Paralanos, Rotšildo tyrimai ją išvedė į ypač sausringus Meksikos ir Bolivijos Andų regionus. Kaip paaiškėja, daugelis organizmų, išsivysčiusių gyventi dykumose, taip pat gana gerai išgyvena radiacijos poveikį.
Dėl ilgalaikio vandens netekimo gali būti pažeista DNR, tačiau kai kurie organizmai sukūrė efektyvias taisymo sistemas, kad kovotų su šia žala. Gali būti, kad tos pačios dehidratacijos atkūrimo sistemos yra naudojamos tada, kai organizmui reikia atitaisyti radiacijos padarytą žalą.
Bet tokie organizmai gali visiškai išvengti žalos paprasčiausiai išdžiūvę. Dėl vandens trūkumo išdžiūvusiose ramybės būsenose esančiose ląstelėse jos tampa mažiau jautrios jonizuojančiosios spinduliuotės poveikiui, kuris gali pakenkti ląstelėms gaminant laisvuosius vandens radikalus (hidroksilo arba OH radikalus). Kadangi laisvieji radikalai turi nesusietus elektronus, jie noriai sąveikauja su DNR, baltymais, lipidais ląstelių membranose ir viskuo kitu, ką tik gali rasti. Dėl susidariusių nuolaužų gali sutrikti organelių pažeidimas, blokuoti ląstelių dalijimąsi arba sukelti ląstelių žūtį.
Vandens pašalinimas žmogaus ląstelėse tikriausiai nėra praktiškas sprendimas, kaip sumažinti radiacijos poveikį kosmose. Mokslinė fantastika ilgai svarstė mintį žmones pakabinti ant animacinių filmukų ilgoms kelionėms į kosmosą, tačiau paversti žmones susitraukusiomis, išdžiovintomis razinomis ir vėl jas rehidratuoti į gyvenimą nėra mediciniškai įmanoma - arba labai patrauklu. Net jei galėtume sukurti tokią procedūrą, pakartotinai dehidratuotos žmonių razinelės, jos vėl bus jautrios radiacijai.
Galbūt kada nors mes galime genetiškai modifikuoti žmones, kad jie turėtų tokias pačias super radiacijos atstatymo sistemas kaip ir mikroorganizmai, kaip D. radiodurans. Bet net jei toks susitvarkymas su žmogaus genomu būtų įmanomas, šie tvirti organizmai nėra šimtu procentų atsparūs radiacijos žalai, taigi sveikatos problemos išliks.
Taigi iš trijų žinomų būdų, kuriuos gyvybė sugalvojo kovoti su radiacijos daroma žala, - kliūtys, remontas ir džiovinimas - pats skubiausias praktinis sprendimas žmonėms skraidyti iš kosmoso būtų sukurti geresnes radiacijos kliūtis. Anitori mano, kad jo atlikti Paralanos pavasario organizmų tyrimai kada nors galėtų padėti mums sukurti tokias kliūtis.
„Galbūt mus išmokys gamta, imituodamas kai kuriuos apsauginius mechanizmus, naudojamus mikrobų“, - teigia jis.
Rothschildas sako, kad radiacijos tyrimai taip pat galėtų suteikti svarbių pamokų, kai žiūrime į bendruomenių kūrimąsi Mėnulyje, Marse ir kitose planetose.
„Kai pradedame kurti žmonių kolonijas, mes imsimės organizmų su savimi. Galiausiai norėsite užauginti augalus ir galbūt sukurti atmosferą Marse ir Mėnulyje. Mes galbūt nenorėsime išleisti pastangų ir pinigų, kad juos visiškai apsaugotume nuo UV ir kosminės radiacijos. “
Be to, sako Rothschildas, „žmonės tiesiog pilni mikrobų ir mes negalėtume išgyventi be jų. Mes nežinome, kokį poveikį radiacija turės tai asocijuotai bendruomenei, ir tai gali sukelti daugiau problemų nei tiesioginis radiacijos poveikis žmonėms. “
Ji tiki, kad jos studijos taip pat bus naudingos ieškant gyvenimo kituose pasauliuose. Darant prielaidą, kad kiti visatos organizmai taip pat yra paremti anglimi ir vandeniu, galime numanyti, kokiomis ekstremaliomis sąlygomis jie galėtų išgyventi.
„Kiekvieną kartą, kai Žemėje randame organizmą, galintį gyventi toliau ir tolimesniame aplinkos ekstremalume, mes padidinome to paketo dydį, kurį žinome, kad gyvenimas gali išgyventi“, - sako Rothschild. Taigi, jei einame į Marso vietą, kurioje yra tam tikras radiacijos srautas, išsausėjimas ir temperatūra, galime pasakyti: „Žemėje yra organizmų, kurie gali gyventi tokiomis sąlygomis. Nėra nieko, kas užkirstų kelią ten gyventi. “Dabar klausimas, ar gyvenimas ten, ar ne, yra kitas dalykas, bet bent jau galime pasakyti, kad tai yra minimalus gyvenimo pakelis.“
Pvz., Rotšildas mano, kad gali būti įmanoma gyventi druskos plutelėje Marse, kuri yra panaši į druskos plutą Žemėje, kur organizmai randa apsaugą nuo saulės ultravioletinių spindulių. Ji taip pat žvelgia į gyvenimą, kurį Žemėje gyvena po ledu ir sniegu, ir klausia, ar organizmai galėtų gyventi palyginti apsaugotą nuo radiacijos egzistavimą po Jupiterio mėnulio Europa ledu.
Originalus šaltinis: NASA Astrobiologija
