Сонце - головне джерело випромінювання для життя на Землі. Натисніть, щоб збільшити
Космічні подорожі мають свою небезпеку. Деякі тварини і рослини виробили захисне покриття або пігментацію, але деякі форми бактерій насправді можуть відшкодувати шкоду ДНК від радіації. Майбутні космічні мандрівники можуть скористатися цими методами, щоб мінімізувати шкоду, який вони отримують від тривалого впливу.
У фільмах «Зоряні війни» та «Зоряний шлях» люди легко подорожують між планетами та галактиками. Але наше майбутнє в космосі далеко не забезпечене. Проблеми з гіперприводом і червоточинами осторонь не здається, що людський організм міг би протистояти тривалому впливу сильного випромінювання космічного простору.
Радіація надходить з багатьох джерел. Світло від сонця виробляє діапазон довжин хвиль від довгохвильового інфрачервоного до короткохвильового ультрафіолетового (УФ). Фонове випромінювання в космосі складається з високоенергетичних рентгенівських променів, гамма-променів та космічних променів, які всі можуть грати хаос із клітинами нашого тіла. Оскільки таке іонізуюче випромінювання легко проникає через стіни космічних кораблів та скафандрів, сьогодні космонавти повинні обмежувати свій час у просторі. Але перебування в космосі навіть на короткий час значно збільшує шанси на розвиток раку, катаракти та інших проблем зі здоров’ям, пов'язаних з радіацією.
Щоб подолати цю проблему, ми можемо знайти кілька корисних порад у природі. Багато організмів вже розробили ефективні стратегії захисту від радіації.
Лін Ротшильд з дослідницького центру NASA Еймса каже, що радіація завжди була небезпекою для життя на Землі, і тому життя довелося знайти способи впоратися з цим. Це було особливо важливо в перші роки Землі, коли інгредієнти для життя вперше збиралися. Оскільки наша планета спочатку не мала багато кисню в атмосфері, їй також не вистачало шару озону (O3) для блокування шкідливого випромінювання. Це одна з причин, чому багато хто вважає, що життя зародилося під водою, оскільки вода може відфільтрувати більш згубну довжину хвилі світла.
Все ж фотосинтез? перетворення сонячного світла в хімічну енергію? розвивалася порівняно на початку життя. Фотосинтетичні мікроби, такі як ціанобактерії, використовували сонячне світло для виготовлення їжі ще 2,8 мільярда років тому (а можливо, і раніше).
Тому раннє життя займалося делікатним врівноважувальним актом, навчившись використовувати радіацію для отримання енергії, захищаючи себе від шкоди, яку може спричинити радіація. Хоча сонячне світло не настільки енергійний, як рентгенівські або гамма-промені, довжина УФ-хвиль переважно поглинається основами ДНК та ароматичними амінокислотами білків. Це поглинання може пошкодити клітини та делікатні нитки ДНК, які кодують інструкції до життя.
"Проблема полягає в тому, що якщо ви збираєтеся отримати доступ до сонячного випромінювання для фотосинтезу, вам доведеться сприймати добро з поганим - ви також піддаєтеся ультрафіолетовому випромінюванню", - каже Ротшильд. "Отже, є різні хитрощі, які, як ми думаємо, використовували в ранньому житті, як це робиться сьогодні".
Крім того, ховаючись під рідкою водою, життя використовує й інші природні бар'єри УФ-випромінювання, такі як лід, пісок, скелі та сіль. По мірі того, як організми продовжували розвиватися, деякі змогли виробити власні захисні бар'єри, такі як пігментація або жорстка зовнішня оболонка.
Завдяки фотосинтетичним організмам, що заповнюють атмосферу киснем (і тим самим генерують озоновий шар), більшості організмів на Землі сьогодні не потрібно боротися з космосом ультрафіолетових променів високої енергії, рентгенівських променів або гамма-променів з космосу. Насправді єдині організми, які, як відомо, пережили космічну експозицію? принаймні на короткий термін - це бактерії та лишай. Бактерії потребують певного екранування, щоб їх не обсмажували ультрафіолетом, але у лишайників достатньо біомаси, щоб діяти як захисний скафандр.
Але навіть при наявності хорошого бар'єру іноді трапляються радіаційні пошкодження. Лишайник і бактерії зимують, перебуваючи в космосі? вони не ростуть, не розмножуються та не беруть участь ні в одній зі своїх нормальних життєвих функцій. Повернувшись на Землю, вони виходять із цього спокійного стану, і, якщо було завдано пошкодження, білки в клітині працюють, щоб з’єднати нитки ДНК, які були розірвані радіацією.
Такий же контроль пошкоджень відбувається з організмами на Землі, коли вони піддаються впливу радіоактивних матеріалів, таких як уран та радій. Бактерія Deinococcus radiodurans є головним чемпіоном, коли справа стосується такого виду відновлення радіації. (Однак повний ремонт не завжди можливий, тому радіаційне опромінення може призвести до генетичних мутацій або смерті.)
"Я живу у вічній надії на зміщення D. radiodurans", - каже Ротшильд. Її пошук радіаційно-стійких мікроорганізмів привіз її до гарячої джерела Паралани в Австралії. Гранітні породи, багаті ураном, випромінюють гамма-промені, в той час як летальні бульбашки радону піднімаються з гарячої води. Тому життя навесні піддається високому рівню радіації? і внизу, і від радіоактивних матеріалів, і вище, від інтенсивного ультрафіолетового світла австралійського сонця.
Ротшильд дізнався про гарячу весну від Роберто Аніторі з Австралійського центру астробіології університету Макварі. Anitori секвенує 16S рибосомні гени РНК і культивує бактерії, які досить щасливо живуть у радіоактивних водах. Як і інші організми на Землі, цианобактерії Паралани та інші мікроби, можливо, створили бар'єри для захисту від радіації.
"Я помітила жорсткий, майже силіконовий шар на деяких тампонах мікроб", - каже Аніторі. "І коли я кажу" кремнійподібний ", я маю на увазі тип, який ви використовуєте для обробці вікон."
"Крім можливих механізмів екранування, я підозрюю, що мікроби в Паралані також мають хороші механізми відновлення ДНК", - додає Аніторі. Наразі він може лише міркувати про методи, які використовували організми Паралани для виживання. Однак він планує уважно вивчити їхні стратегії радіаційної стійкості пізніше цього року.
Окрім Паралани, розслідування Ротшильда доставили її до надзвичайно посушливих регіонів Мексики та Болівійських Анд. Як виявляється, багато організмів, які еволюціонували жити в пустелях, також непогано переживають радіаційне опромінення.
Тривалі втрати води можуть призвести до пошкодження ДНК, але деякі організми розвинули ефективні системи ремонту для боротьби з цією шкодою. Можливо, ці самі системи відновлення зневоднення використовуються, коли організм потребує відновлення пошкодження, спричиненого радіацією.
Але такі організми можуть взагалі уникнути пошкодження, просто пересушившись. Нестача води в висушених, спокійних клітинах робить їх набагато менш сприйнятливими до впливу іонізуючого випромінювання, яке може завдати шкоди клітинам, утворюючи вільні радикали води (гідроксильний або ОН-радикал). Оскільки вільні радикали мають неспарені електрони, вони охоче намагаються взаємодіяти з ДНК, білками, ліпідами в клітинних мембранах та будь-чим іншим, що вони можуть знайти. Отримана уламка може призвести до збою органели, блокування поділу клітин або спричинити загибель клітин.
Елімінація води в клітинах людини, ймовірно, не є практичним рішенням для мінімізації нашого опромінення в просторі. Наукова фантастика вже давно поєднується з ідеєю ввести людей у призупинену анімацію для довгих космічних подорожей, але перетворення людей на зморщені, висушені родзинки та повернення їх до життя не є медично можливим - або дуже привабливим. Навіть якби ми могли розробити таку процедуру, як тільки людські родзинети будуть регідратовані, вони знову будуть схильні до радіаційного ураження.
Можливо, колись ми можемо генно-інженерно мати людей, які мають такі ж суперрепараційні системи, як мікроорганізми, як D. radiodurans. Але навіть якби таке пов'язування з геномом людини було можливим, ці витривалі організми не на 100 відсотків стійкі до радіаційного ураження, тому проблеми зі здоров’ям зберігатимуться.
Отже, з трьох відомих механізмів, які життя розробило для боротьби з радіаційними ушкодженнями - бар'єрами, ремонтом та висушуванням - найбільш негайним практичним рішенням для космічного польоту людини буде розробка кращих радіаційних бар'єрів. Аніторі вважає, що його дослідження організмів Паралана-Весна можуть колись допомогти нам розробити такі бар'єри.
"Можливо, нас навчить природа, наслідуючи деякі механізми екранування, якими користуються мікроби", - констатує він.
І Ротшильд каже, що дослідження радіації також можуть дати важливі уроки, коли ми дивимось на створення спільнот на Місяці, Марсі та інших планетах.
"Коли ми починаємо будувати людські колонії, ми збираємося брати організми з собою. Вам, нарешті, захочеться вирощувати рослини і, можливо, створити атмосферу на Марсі та на Місяці. Ми можемо не хотіти витрачати зусилля та гроші, щоб повністю захистити їх від ультрафіолетового та космічного випромінювання ».
Крім того, каже Ротшильд, «люди просто повні мікробів, і ми не могли б вижити без них. Ми не знаємо, який вплив має радіація на цю асоційовану спільноту, і це може бути більше проблемою, ніж прямим впливом радіації на людину. "
Вона вважає, що її дослідження також будуть корисні у пошуку життя в інших світах. Припускаючи, що інші організми у Всесвіті також базуються на вуглеці та воді, ми можемо постулювати, в яких екстремальних умовах вони могли вижити.
"Щоразу, коли ми знаходимо організм на Землі, який може жити все далі і далі в екологічній крайності, ми збільшуємо розмір цієї оболонки того, про що ми знаємо, що життя може вижити", - каже Ротшильд. "Отже, якщо ми вирушимо до місця на Марсі, яке має певний потік, висушування та температуру випромінювання, ми можемо сказати:" На Землі є організми, які можуть жити за цих умов. Нічого, що не перешкоджає життю жити там. "Тепер, чи є життя там чи ні - це інша справа, але, принаймні, ми можемо сказати, що це мінімальний конверт для життя".
Наприклад, Ротшильд вважає, що життя могло бути можливим у сольових корах на Марсі, подібних до соляних кірок на Землі, де організми знаходять притулок від сонячного УФ. Вона також дивиться на життя, яке живе на льоду та снігу на Землі, і замислюється про те, чи могли організми жити порівняно захищеним від радіації існуванням під льодом місяця Європи Юпітера.
Оригінальне джерело: NASA Astrobiology
