Saule ir galvenais dzīvības radiācijas avots uz Zemes. Noklikšķiniet, lai palielinātu
Kosmosa ceļojumi ir bīstami. Dažiem dzīvniekiem un augiem ir izveidojusies aizsargājoša apvalka vai pigmentācija, bet dažas baktēriju formas faktiski var izlabot tās DNS bojājumus no radiācijas. Nākotnes kosmosa ceļotāji varētu izmantot šīs metodes, lai mazinātu kaitējumu, ko viņi gūst no ilgstošas iedarbības.
Zvaigžņu karu un Star Trek filmās cilvēki viegli pārvietojas starp planētām un galaktikām. Bet mūsu nākotne kosmosā nebūt nav nodrošināta. Nerunājot par hiperdivu un tārpu caurumiem, nešķiet iespējams, ka cilvēka ķermenis varētu izturēt ilgstošu ārējās kosmosa skarbā starojuma iedarbību.
Radiācija nāk no daudziem avotiem. Saules gaisma rada virkni viļņu garumu - no garo viļņu infrasarkanā līdz īsviļņu ultravioletajam (UV). Fona starojumu kosmosā veido augstas enerģijas rentgena stari, gamma stari un kosmiskie stari, kas visi var sabojāt mūsu ķermeņa šūnas. Tā kā šāds jonizējošais starojums viegli iekļūst kosmosa kuģu sienās un kosmosa kostīmos, šodien astronautiem ir jāierobežo laiks telpā. Bet, atrodoties kosmosā pat īsu laiku, ievērojami palielinās viņu izredzes saslimt ar vēzi, kataraktu un citām ar radiāciju saistītām veselības problēmām.
Lai novērstu šo problēmu, mēs dabā varam atrast noderīgus padomus. Daudzi organismi jau ir izstrādājuši efektīvas stratēģijas, lai pasargātu sevi no radiācijas.
Nina Ames pētījumu centra pārstāve Lina Rotšilda saka, ka radiācija vienmēr ir bijusi briesmas dzīvībai uz Zemes, un tāpēc dzīvībai bija jārod veidi, kā ar to tikt galā. Tas bija īpaši svarīgi Zemes agrākajos gados, kad dzīvības sastāvdaļas pirmo reizi nāca kopā. Tā kā mūsu planētai sākotnēji nebija daudz skābekļa atmosfērā, tai arī trūka ozona (O3) slāņa, lai bloķētu kaitīgo starojumu. Tas ir viens no iemesliem, kāpēc daudzi uzskata, ka dzīvības cēlonis ir zemūdens, jo ūdens var izfiltrēt kaitīgākos gaismas viļņu garumus.
Vēl fotosintēze? saules gaismas pārvēršana ķīmiskajā enerģijā? attīstīta salīdzinoši agrīnā dzīves vēsturē. Fotosintētiskie mikrobi, piemēram, zilaļģes, saules staros izmantoja pārtikas ražošanu jau pirms 2,8 miljardiem gadu (un, iespējams, pat agrāk).
Tāpēc agrīnā dzīves posmā tika veikts delikāts līdzsvarošanas akts, iemācoties izmantot starojumu enerģijas iegūšanai, vienlaikus pasargājot sevi no kaitējuma, ko var radīt starojums. Kaut arī saules gaisma nav tik enerģiska kā rentgena vai gamma stari, UV viļņu garumus galvenokārt absorbē DNS bāzes un olbaltumvielu aromātiskās aminoskābes. Šī absorbcija var sabojāt šūnas un delikātās DNS dzīslas, kas kodē dzīves instrukcijas.
"Problēma ir tāda, ka, ja jūs plānojat piekļūt saules starojumam fotosintēzes nolūkos, jums ir jāņem labais kopā ar slikto - jūs arī pakļaujat sevi ultravioletajam starojumam," saka Rotšilds. "Tātad ir dažādi triki, kurus mēs domājam izmantot agrīnajā dzīvē, kā to dara šodien."
Papildus slēpšanai zem šķidra ūdens dzīvība izmanto arī citas dabiskas UV starojuma barjeras, piemēram, ledu, smiltis, klintis un sāli. Organismiem turpinot attīstīties, daži spēja izveidot savus aizsargbarjerus, piemēram, pigmentāciju vai stingru ārējo apvalku.
Pateicoties fotosintētiskajiem organismiem, kas piepilda atmosfēru ar skābekli (un tādējādi rada ozona slāni), lielākajai daļai organismu uz Zemes mūsdienās nav jācīnās ar augstas enerģijas UV-C stariem, rentgena vai gamma stariem no kosmosa. Patiesībā vienīgie zināmie organismi, kas izdzīvo kosmosā? vismaz īstermiņā - ir baktērijas un ķērpji. Baktērijām ir nepieciešama zināma ekranēšana, lai UV tās neapceptu, bet ķērpjiem ir pietiekami daudz biomasas, lai tās darbotos kā aizsargājošs kosmosa tērps.
Bet pat tad, ja ir laba barjera, dažreiz rodas radiācijas bojājumi. Ķērpji un baktērijas pārziemo, atrodoties kosmosā? viņi neaug, nevairojas un neveic nevienu no parastajām dzīves funkcijām. Atgriezušies uz Zemes, viņi iziet no neaktivizētā stāvokļa, un, ja ir nodarīts kaitējums, šūnā esošie proteīni sadala DNS šķiedras, kuras starojuma dēļ sadalījās.
Tāda pati kaitējuma kontrole notiek ar organismiem uz Zemes, kad tie ir pakļauti radioaktīviem materiāliem, piemēram, urānam un rādijam. Baktērija Deinococcus radiodurans ir valdošā čempione šāda veida starojuma labošanā. (Tomēr pilnīga labošana ne vienmēr ir iespējama, tāpēc radiācijas iedarbība var izraisīt ģenētiskas mutācijas vai nāvi.)
“Es dzīvoju mūžīgā cerībā atbrīvoties no D. radiodurans,” saka Rotšilds. Viņas meklējumi pret radiācijas izturīgiem mikroorganismiem ir nogādājuši viņu Austrālijā Paralanas karstajā avotā. Ar urānu bagāti granīta ieži izstaro gamma starus, bet letāli radona gāzes burbuļi izplūst no karstā ūdens. Tāpēc pavasara dzīvi ietekmē augsts radiācijas līmenis? gan zemāk, gan no radioaktīviem materiāliem, gan virs, no intensīvas Austrālijas saules ultravioletā starojuma.
Rotšilds uzzināja par karsto avotu no Roberto Anitori no Makvrijas Universitātes Austrālijas Astrobioloģijas centra. Anitori ir sekvencējis 16S ribosomu RNS gēnus un kultivējis baktērijas, kas diezgan laimīgi dzīvo radioaktīvos ūdeņos. Tāpat kā citi organismi uz Zemes, Paralānas zilaļģes un citi mikrobi, iespējams, ir izveidojuši šķēršļus, lai pasargātu sevi no radiācijas.
“Es esmu pamanījis grūts, gandrīz silikonam līdzīgu slāni uz dažiem tur esošajiem mikrobu paklājiem,” saka Anitori. "Un, kad es saku" silīcijam līdzīgu ", es domāju to, ko izmantojat logu rūšu apmalē."
“Bez iespējamiem ekranēšanas mehānismiem man ir aizdomas, ka Paralanas mikrobiem ir arī labi DNS atjaunošanas mehānismi,” piebilst Anitori. Pašlaik viņš var tikai spekulēt par metodēm, kuras Paralanas organismi izmanto, lai izdzīvotu. Tomēr viņš plāno rūpīgi izpētīt viņu radiācijas pretestības stratēģijas šī gada vēlāk.
Papildus Paralanai Rotšildas izmeklēšana viņu ir novedusi ārkārtīgi sausos reģionos Meksikā un Bolīvijas Andos. Kā izrādās, arī daudzi organismi, kas attīstījās, lai dzīvotu tuksnešos, diezgan labi pārdzīvo radiācijas iedarbību.
Ilgstoši ūdens zudumi var izraisīt DNS bojājumus, taču daži organismi ir izstrādājuši efektīvas atjaunošanas sistēmas, lai apkarotu šo kaitējumu. Iespējams, ka šīs pašas dehidratācijas atjaunošanas sistēmas tiek izmantotas gadījumos, kad organismam ir jālabo starojuma radītie bojājumi.
Bet šādi organismi var pilnībā izvairīties no bojājumiem, vienkārši izžāvējot. Ūdens trūkums izžuvušās, pasīvās šūnās padara tās daudz mazāk jutīgas pret jonizējošā starojuma iedarbību, kas var kaitēt šūnām, veidojot brīvos ūdens radikāļus (hidroksilgrupu vai OH radikāli). Tā kā brīvajiem radikāļiem ir nepāri elektroni, viņi labprāt mēģina mijiedarboties ar DNS, olbaltumvielām, lipīdiem šūnu membrānās un jebko citu, ko viņi var atrast. Rezultātā radušās vraki var izraisīt organellu sabrukumu, bloķēt šūnu dalīšanos vai izraisīt šūnu nāvi.
Ūdens atdalīšana cilvēka šūnās, iespējams, nav praktisks risinājums, lai samazinātu mūsu radiācijas iedarbību telpā. Zinātniskā fantastika jau sen ir spēlējusies ar domu cilvēkus garāžos kosmosa ceļojumos padarīt par apturētu animāciju, bet cilvēku pārvēršana sažuvušās, izžuvušās rozīnēs un pēc tam to rehidrēšana atpakaļ uz dzīvi nav medicīniski iespējama - vai arī ļoti pievilcīga. Pat ja mēs varētu attīstīt šādu procedūru, pēc tam, kad cilvēku rozīnes tika rehidrētas, tās atkal būs jutīgas pret radiācijas kaitējumu.
Varbūt kādreiz mēs varam ģenētiski inženierēt cilvēkus, lai viņiem būtu tādas pašas super radiācijas atjaunošanas sistēmas kā mikroorganismiem kā D. radiodurans. Bet pat ja šāda piesardzība ar cilvēka genomu būtu iespējama, šie izturīgie organismi nav simtprocentīgi izturīgi pret radiācijas radītajiem bojājumiem, tāpēc veselības problēmas joprojām pastāvētu.
Tātad no trim zināmajiem dzīves radītajiem mehānismiem cīņai pret radiācijas radītajiem traucējumiem - barjerām, remontu un žāvēšanu - visvienkāršākais praktiskais risinājums cilvēku kosmosa lidojumiem būtu labākas radiācijas barjeras izstrādāšana. Anitori domā, ka viņa pētījumi par Paralānas pavasara organismiem kādreiz varētu mums palīdzēt izveidot šādas barjeras.
"Varbūt mūs mācīs daba, imitējot dažus ekranēšanas mehānismus, ko izmanto mikrobi," viņš norāda.
Un Rotšilds saka, ka radiācijas pētījumi varētu sniegt arī dažas svarīgas mācības, kas vērstas uz kopienu izveidi uz Mēness, Marsa un citām planētām.
“Kad mēs sākam veidot cilvēku kolonijas, mēs ņemsim organismus sev līdzi. Galu galā jūs vēlēsities audzēt augus un, iespējams, radīt atmosfēru uz Marsa un mēness. Mēs, iespējams, nevēlēsimies tērēt pūles un naudu, lai viņus pilnībā pasargātu no UV un kosmiskā starojuma. ”
Turklāt saka Rotšilds: “Cilvēki ir vienkārši mikrobu pilni, un mēs bez viņiem nevarētu izdzīvot. Mēs nezinām, kāda ietekme uz radiāciju būs šai asociētajai kopienai, un tā var būt vairāk problēma, nevis tieša starojuma ietekme uz cilvēkiem. ”
Viņa uzskata, ka arī viņas studijas būs noderīgas dzīves meklējumos citās pasaulēs. Pieņemot, ka arī citu Visuma organismu pamatā ir ogleklis un ūdens, mēs varam postulēt, kādos ekstremālos apstākļos tie varētu izdzīvot.
"Katru reizi, kad mēs atrodam organismu uz Zemes, kas var dzīvot tālāk un tālāk vides galējībās, mēs esam palielinājuši šī apvalka lielumu tam, ko mēs zinām, ka dzīve var izdzīvot iekšā," saka Rotšilds. “Tātad, ja mēs ejam uz vietu uz Marsa, kur ir noteikta radiācijas plūsma, izžūšana un temperatūra, mēs varam teikt:“ Uz Zemes ir organismi, kas var dzīvot šādos apstākļos. Nekas neliedz dzīvot tur. "Tagad tas, vai dzīve pastāv, ir cita lieta, bet vismaz mēs varam teikt, ka tā ir minimālā dzīves aploksne."
Piemēram, Rotšilds domā, ka dzīvība varētu būt iespējama sāls garozā uz Marsa, kas ir līdzīga sāls garozai uz Zemes, kur organismi atrod patvērumu no saules UV. Viņa aplūko arī dzīvi, kas uz Zemes dzīvo zem ledus un sniega, un vēlas uzzināt, vai organismi varētu dzīvot salīdzinoši aizsargātu pret radiāciju aizsargātā eksistencē zem Jupitera mēness Europa ledus.
Oriģinālais avots: NASA Astrobioloģija
