Solen er en viktig kilde til stråling for livet på jorden. Klikk for å forstørre
Romfart har sine farer. Noen dyr og planter har utviklet beskyttende belegg eller pigmentering, men noen former for bakterier kan faktisk reparere skade på DNA-et fra stråling. Fremtidige romfarere kan dra nytte av disse teknikkene for å minimere skaden de får av lang eksponering.
I Star Wars og Star Trek-filmer reiser folk lett mellom planeter og galakser. Men vår fremtid i verdensrommet er langt fra sikret. Spørsmål om hyperdrive og ormehull til side, det ser ikke ut til at menneskekroppen tåler utvidet eksponering for den harde strålingen i det ytre rom.
Stråling kommer fra mange kilder. Lys fra solen produserer en rekke bølgelengder fra langbølget infrarødt til kort bølgelengde ultrafiolett (UV). Bakgrunnsstråling i rommet er sammensatt av høyenergiske røntgenstråler, gammastråler og kosmiske stråler, som alle kan spille ødeleggelse med cellene i kroppene våre. Siden slik ioniserende stråling lett trenger inn i romfartsvegger og romdrakter, må astronauter i dag begrense tiden i rommet. Men å være i det ytre rom i enda kort tid øker sannsynligvis risikoen for å utvikle kreft, grå stær og andre strålingsrelaterte helseproblemer.
For å få bukt med dette problemet, kan vi finne noen nyttige tips i naturen. Mange organismer har allerede utviklet effektive strategier for å beskytte seg mot stråling.
Lynn Rothschild ved NASA Ames Research Center sier at stråling alltid har vært en fare for livet på jorden, og derfor måtte livet finne måter å takle det på. Dette var spesielt viktig i jordens tidligste år, da ingrediensene for livet først kom sammen. Fordi planeten vår i utgangspunktet ikke hadde mye oksygen i atmosfæren, manglet den også et ozonlag (O3) for å blokkere skadelig stråling. Dette er en av grunnene til at mange tror at livet oppsto under vann, siden vann kan filtrere ut de mer skadelige bølgelengdene til lyset.
Likevel fotosyntesen? transformasjonen av sollys til kjemisk energi? utviklet seg relativt tidlig i livshistorien. Fotosyntetiske mikrober som cyanobakterier brukte sollys til å lage mat så tidlig som for 2,8 milliarder år siden (og muligens enda tidligere).
Tidlig liv deltok derfor i en delikat balansegang og lærte å bruke stråling til energi samtidig som den beskytter seg mot skaden som stråling kan forårsake. Mens sollys ikke er så energisk som røntgenstråler eller gammastråler, absorberes UV-bølgelengdene fortrinnsvis av DNA-baser og av de aromatiske aminosyrene i proteiner. Denne absorpsjonen kan skade celler og de delikate DNA-strengene som koder for livets instruksjoner.
"Problemet er at hvis du skal få tilgang til solstråling for fotosyntesen, må du ta det gode med det dårlige - du utsetter deg også for den ultrafiolette strålingen," sier Rothschild. "Så det er forskjellige triks som vi tror at tidlig liv ble brukt, slik livet gjør i dag."
Foruten å gjemme seg under flytende vann, gjør livet bruk av andre naturlige UV-strålingsbarrierer som is, sand, steiner og salt. Etter hvert som organismer fortsatte å utvikle seg, var noen i stand til å utvikle sine egne beskyttende barrierer som pigmentering eller et tøft ytre skall.
Takket være fotosyntetiske organismer som fyller atmosfæren med oksygen (og derved genererer et ozonlag), trenger de fleste organismer på jorden i dag ikke å kjempe med UV-C-stråler med høy energi, røntgenstråler eller gammastråler fra verdensrommet. De eneste organismer som er kjent for å overleve romeksponering? i det minste på kort sikt - er bakterier og lav. Bakterier trenger litt skjerming slik at de ikke blir stekt av UV, men lav har nok biomasse til å fungere som en beskyttende romdrakt.
Men selv med en god barriere på plass, skjer det noen ganger stråleskader. Lav og bakterier dvalemodus mens de er i rommet? de vokser ikke, reproduserer eller engasjerer seg i noen av sine normale levefunksjoner. Når de kommer tilbake til Jorden, forlater de denne sovende tilstand, og hvis det var påført skader, jobber proteiner i cellen for å brette sammen DNA-tråder som ble brutt fra hverandre av stråling.
Den samme skadekontrollen oppstår med organismer på jorden når de blir utsatt for radioaktive materialer som uran og radium. Bakterien Deinococcus radiodurans er den regjerende mesteren når det gjelder denne typen strålereparasjoner. (Fullstendig reparasjon er imidlertid ikke alltid mulig. Det er grunnen til at eksponering for stråling kan føre til genetiske mutasjoner eller død.)
"Jeg lever i evig håp om å slå D. radiodurans," sier Rothchild. Hennes søk etter strålingsresistente mikroorganismer har brakt henne til Paralana varme vår i Australia. Uranrike granittbergarter avgir gammastråler mens dødelig radongass boble opp fra det varme vannet. Livet om våren er derfor utsatt for høye nivåer av stråling? både under, fra de radioaktive materialene, og over, fra det intense UV-lyset fra den australske solen.
Rothschild lærte om den varme våren fra Roberto Anitori ved Macquarie Universitys australske senter for astrobiologi. Anitori har sekvensert 16S ribosomale RNA-gener og dyrket bakteriene som lever ganske lykkelig i det radioaktive vannet. I likhet med andre organismer på jorden kan Paralana cyanobakteriene og andre mikrober ha utviklet barrierer for å beskytte seg mot strålingen.
"Jeg har lagt merke til et tøft, nesten silikonlignende lag på noen av de mikrobielle mattene der," sier Anitori. "Og når jeg sier" silisiumliknende ", mener jeg den typen du bruker på kanting av vindusruten."
"Bortsett fra mulige skjermingsmekanismer, mistenker jeg at mikroberne på Paralana også har gode DNA-reparasjonsmekanismer," legger Anitori til. For øyeblikket kan han bare spekulere i metodene som brukes av Paralana-organismer for å overleve. Imidlertid planlegger han å undersøke strålingsresistensstrategiene nøye senere i år.
I tillegg til Paralana, har Rothschilds undersøkelser brakt henne til ekstremt tørre regioner i Mexico og de bolivianske Andesfjellene. Som det viser seg, er mange organismer som utviklet seg til å leve i ørkener, også ganske gode til å overleve stråleeksponering.
Langvarig vanntap kan forårsake DNA-skader, men noen organismer har utviklet effektive reparasjonssystemer for å bekjempe denne skaden. Det er mulig at de samme dehydratiseringsreparasjonssystemene brukes når organismen trenger å reparere strålingskade.
Men slike organismer kan være i stand til å unngå skader helt enkelt ved å tørke ut. Mangelen på vann i uttørkede, sovende celler gjør dem mye mindre utsatt for effekten av ioniserende stråling, noe som kan skade celler ved å produsere frie radikaler med vann (hydroksyl- eller OH-radikal). Fordi frie radikaler har parret elektroner, prøver de ivrig å samhandle med DNA, proteiner, lipider i cellemembraner og alt annet de kan finne. Den resulterende vrakingen kan føre til organell svikt, blokkere celledeling eller forårsake celledød.
Å eliminere vannet i menneskeceller er sannsynligvis ikke en praktisk løsning for oss å minimere strålingseksponeringen i rommet. Science fiction har lenge lekt med ideen om å sette folk i suspendert animasjon for lange romferder, men å gjøre mennesker til skrumpede, uttørkede rosiner og deretter rehydrere dem tilbake til livet er ikke medisinsk mulig - eller veldig tiltalende. Selv om vi kunne utvikle en slik prosedyre, ville de når de menneskelige rosinettene ble rehydrert igjen være utsatt for stråleskader.
Kanskje vi en dag kan genetisk manipulere mennesker til å ha de samme superstrålingsreparasjonssystemene som mikroorganismer som D. radiodurans. Men selv om det var mulig å gjøre noe med det menneskelige genomet, er de hardføre organismer ikke 100 prosent motstandsdyktige mot strålingsskader, så helseproblemer vil vedvare.
Så av de tre kjente mekanismene som livet har utviklet for å bekjempe stråleskader - barrierer, reparasjon og uttørking - ville den mest umiddelbare praktiske løsningen for menneskelig romfart være å utforme bedre strålebarrierer. Anitori tror at hans studier av Paralana Spring-organismer en dag kan hjelpe oss med å konstruere slike barrierer.
"Kanskje blir vi lært av naturen og etterligner noen av skjermingsmekanismene som brukes av mikrober," uttaler han.
Og Rothschild sier at stråleundersøkelser også kan gi noen viktige lærdommer når vi ser mot å etablere samfunn på månen, Mars og andre planeter.
"Når vi begynner å bygge menneskelige kolonier, kommer vi til å ta organismer med oss. Du vil til slutt ønske å dyrke planter, og muligens skape en atmosfære på Mars og på månen. Vi ønsker kanskje ikke å bruke krefter og penger på å beskytte dem fullstendig mot UV og kosmisk stråling. ”
I tillegg, sier Rothschild, "mennesker er bare fulle av mikrober, og vi kunne ikke overleve uten dem. Vi vet ikke hvilken effekt strålingen vil ha på det tilknyttede samfunnet, og det kan være mer et problem enn den direkte effekten av stråling på menneskene. "
Hun tror studiene også vil være nyttige i jakten på livet på andre verdener. Forutsatt at andre organismer i universet også er basert på karbon og vann, kan vi legge ut hva slags ekstreme forhold de kunne overleve i.
"Hver gang vi finner en organisme på jorden som kan leve lenger og lenger inn i et miljøekstrem, har vi økt størrelsen på konvolutten av det vi vet at livet kan overleve i," sier Rothschild. "Så hvis vi drar til et sted på Mars som har en viss strålingsfluks, tørking og temperatur, kan vi si: 'Det er organismer på jorden som kan leve under disse forholdene. Det er ingenting som er til hinder for at livet kan bo der. "Nå, om livet er der eller ikke er en annen sak, men vi kan i det minste si at dette er den minste konvolutten for livet."
For eksempel tror Rothschild at livet kan være mulig i saltskorpene på Mars, som ligner saltskorpene på jorden der organismer finner ly for UV-sol. Hun ser også på livet som lever under is og snø på jorden, og lurer på om organismer kunne leve en relativt strålingsbeskyttet tilværelse under isen fra Jupiters måne Europa.
Opprinnelig kilde: NASA Astrobiology
