Aurinko on tärkeä säteilylähde maapallon elämää varten. Klikkaa suurentaaksesi
Avaruusmatkalla on vaarinsa. Jotkut eläimet ja kasvit ovat kehittäneet suojaavan peittämisen tai pigmentoinnin, mutta jotkut bakteerimuodot voivat todella korjata säteilystä aiheutuneet vahingot sen DNA: lle. Tulevat avaruusmatkustajat voivat hyödyntää näitä tekniikoita minimoidakseen pitkästä altistumisesta aiheutuvat haitat.
Tähtien sota- ja Star Trek -elokuvissa ihmiset matkustavat planeettojen ja galaksien välillä helposti. Mutta tulevaisuutemme avaruudessa ei ole kaukana varmuudesta. Hyperdrive- ja madonreikiä koskevat kysymykset syrjään, ei näytä olevan mahdollista, että ihmiskeho kestäisi pitkittynyttä altistumista ulkoavaruuden kovalle säteilylle.
Säteily tulee monista lähteistä. Auringonvalo tuottaa erilaisia aallonpituuksia pitkäaallon infrapunasta lyhyen aallonpituuden ultraviolettiin (UV). Avaruuden taustasäteily koostuu korkean energian röntgensäteistä, gammasäteistä ja kosmisista säteistä, jotka kaikki voivat olla tuhoisia kehomme solujen kanssa. Koska tällainen ionisoiva säteily läpäisee helposti avaruusaluksen seinät ja avaruusasut, astronautien on nykyään rajoitettava aikansa aikaa. Mutta se, että olet avaruudessa lyhyen aikaa, lisää heidän todennäköisyyttään syöpään, kaihiin ja muihin säteilyyn liittyviin terveysongelmiin.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi saatamme löytää joitain hyödyllisiä vinkkejä luonteesta. Monet organismit ovat jo suunnitelleet tehokkaita strategioita suojautuakseen säteilyltä.
Lynn Rothschild NASA Ames-tutkimuskeskuksesta kertoo, että säteily on aina ollut vaarana hengelle maan päällä, joten elämän oli löydettävä tapoja selviytyä siitä. Tämä oli erityisen tärkeää maapallon varhaisimpina vuosina, jolloin elämän aineosat tulivat ensimmäistä kertaa yhteen. Koska planeetallamme ei alun perin ollut paljon happea ilmakehässä, siitä puuttui myös otsonikerros (O3) haitallisen säteilyn estämiseksi. Tämä on yksi syy siihen, miksi monet uskovat elämän syntyneen vedenalaisesta, koska vesi voi suodattaa vahingollisemmat valon aallonpituudet.
Vielä fotosynteesi? auringonvalon muuttuminen kemialliseksi energiaksi? kehittyi suhteellisen varhaisessa vaiheessa elämän historiaa. Fotosynteettiset mikrobit, kuten syanobakteerit, käyttivät auringonvaloa ruoan valmistukseen jo 2,8 miljardia vuotta sitten (ja mahdollisesti jopa aiemmin).
Varhainen elämä harjoitti siksi herkkää tasapainotustoimintaa, jossa opit käyttämään säteilyä energiaksi ja suojaamaan samalla säteilyn aiheuttamilta vaurioilta. Vaikka auringonvalo ei ole yhtä energinen kuin röntgen- tai gammasäteet, UV-aallonpituudet absorboivat ensisijaisesti DNA-emäkset ja proteiinien aromaattiset aminohapot. Tämä imeytyminen voi vaurioittaa soluja ja herkät DNA-juosteet, jotka koodaavat elämän ohjeita.
"Ongelma on, että jos aiot käyttää aurinkosäteilyä fotosynteesiä varten, sinun on otettava hyvä huonojen kanssa - altistat itsesi myös ultravioletti säteilylle", Rothschild sanoo. "Joten on olemassa erilaisia temppuja, joita ajattelemme varhaisessa elämässä käyttävän kuten nykyäänkin."
Nestemäisen veden alla piiloutumisen lisäksi elämä käyttää muita luonnollisia UV-säteilyesteitä, kuten jää, hiekka, kiviä ja suolaa. Organismien kehittyessä edelleen, jotkut pystyivät kehittämään omat suojaesteet, kuten pigmentoitumisen tai kovan ulkokuoren.
Fotosynteettisten organismien ansiosta, jotka täyttävät ilmakehän happea (ja siten muodostavat otsonikerroksen), useimpien maapallon organismien ei tarvitse nykyään joutua kohtaamaan avaruudesta tulevia korkean energian UV-C-säteitä, röntgen- tai gammasäteitä. Itse asiassa ainoat organismit, joiden tiedetään selviävän avaruusaltistuksesta? ainakin lyhyellä aikavälillä - ovat bakteerit ja jäkälät. Bakteerit tarvitsevat suojausta, jotta ne eivät paistuisi UV: n vaikutuksesta, mutta jäkälillä on tarpeeksi biomassaa toimiakseen suojaavana avaruuspuvuna.
Mutta jopa hyvällä esteellä, joskus säteilyvaurioita tapahtuu. Jäkälät ja bakteerit hibernoivat ollessaan tilassa? he eivät kasvaa, lisääntyä eivätkä osallistu mihinkään tavanomaiseen elämiseen. Palattuaan Maahan, he poistuvat tästä lepotilasta ja, jos vaurioita oli, solun proteiinit toimivat DNA: n säikeiden palamiseksi, jotka hajotettiin säteilyllä.
Sama vaurioiden hallinta tapahtuu maapallon organismeille, kun ne altistetaan radioaktiivisille materiaaleille, kuten uraanille ja radiumille. Deinococcus radiodurans -bakteeri on hallitseva mestari, kun kyse on tällaisesta säteilykorjauksesta. (Täydellinen korjaus ei kuitenkaan ole aina mahdollista, minkä vuoksi säteilyaltistus voi johtaa geenimutaatioihin tai kuolemaan.)
"Asun iankaikkisessa toivossa, että D. radioduranit voidaan hylätä", Rothchild sanoo. Hänen etsintänsä säteilykestävistä mikro-organismeista on tuonut hänet Paralanaan kuumaan lähteeseen Australiaan. Uraanirikkaat graniittilivet lähettävät gammasäteitä, kun taas tappavat radonikaasukuplat nousevat kuumasta vedestä. Siksi kevään elämä altistuu korkealle säteilytasolle? molemmat alapuolella, radioaktiivisista materiaaleista ja yläpuolella Australian auringon voimakkaasta UV-valosta.
Rothschild sai tietää kuumasta lähteestä Roberto Anitorilta Macquarie-yliopiston Australian astrobiologiakeskuksesta. Anitori on sekvensoinut 16S ribosomaaliset RNA-geenit ja viljellyt bakteereja, jotka elävät melko onnellisina radioaktiivisissa vesissä. Kuten muutkin maapallon organismit, Paralana-sinilevät ja muut mikrobit ovat saattaneet suunnitella esteitä suojautuakseen säteilyltä.
"Olen huomannut kovan, melkein silikonin kaltaisen kerroksen joihinkin siellä oleviin mikrobimattoihin", Anitori sanoo. "Ja kun sanon" piin kaltainen ", tarkoitan sitä tyyppiä, jota käytät ikkunaikkunoiden reunaukseen."
"Mahdollisten suojamekanismien lisäksi epäilen, että Paralanan mikrobilla on myös hyvät DNA: n korjausmekanismit", lisää Anitori. Tällä hetkellä hän voi vain spekuloida menetelmistä, joita Paralana-organismit käyttävät selviytymiseen. Hän aikoo kuitenkin tutkia tarkkaan heidän säteilyvastusstrategioitaan myöhemmin tänä vuonna.
Paralanan lisäksi Rothschildin tutkimukset ovat tuoneet hänet erittäin kuiville alueille Meksikossa ja Boliviassa Andille. Kuten osoittautuu, myös monet aavikoissa elävät organismit ovat melko hyviä selviytymään säteilyaltistuksesta.
Pitkäaikainen vesihäviö voi aiheuttaa DNA-vaurioita, mutta jotkut organismit ovat kehittäneet tehokkaita korjausjärjestelmiä tämän vaurion torjumiseksi. On mahdollista, että näitä samoja kuivumisen korjausjärjestelmiä käytetään, kun organismi tarvitsee korjata säteilyn aiheuttamat vauriot.
Mutta tällaiset organismit voivat pystyä välttämään kokonaan vaurioita yksinkertaisesti kuivumalla. Veden puute kuivuneissa, lepotilassa olevissa soluissa tekee niistä paljon vähemmän alttiita ionisoivalle säteilylle, mikä voi vahingoittaa soluja tuottamalla vesivapaita radikaaleja (hydroksyyli- tai OH-radikaalia). Koska vapaiilla radikaaleilla on parittomia elektroneja, he yrittävät innokkaasti olla vuorovaikutuksessa DNA: n, proteiinien, solumembraanien lipidien ja kaiken muun kanssa, jota he voivat löytää. Tuloksena oleva hylky voi johtaa organellin vajaatoimintaan, estää solunjakautumisen tai aiheuttaa solukuoleman.
Ihmissolujen veden poistaminen ei todennäköisesti ole käytännöllinen ratkaisu avaruudessa tapahtuvan säteilyaltistuksen minimoimiseksi. Tieteiskirjallisuus on jo pitkään lentänyt ajatukseen asettaa ihmisiä keskeytettyihin animaatioihin pitkiä avaruusmatkoja varten, mutta ihmisten muuttaminen kutistetuiksi, kuivuneiksi rusinoiksi ja niiden uudelleenhydratoimiseksi takaisin elämään ei ole lääketieteellisesti mahdollista - tai erittäin houkuttelevaa. Vaikka voisimme kehittää tällaisen menettelyn, ihmisen rusinoiden uudelleenhydratoinnin jälkeen ne ovat jälleen alttiita säteilyvaurioille.
Ehkä jonain päivänä voimme geneettisesti suunnitella ihmisiä saamaan samat super säteilyä korjaavat järjestelmät kuin mikro-organismeilla, kuten D. radiodurans. Mutta vaikka tällainen hölynpöly ihmisen perimän kanssa olisi mahdollista, nuo kovat organismit eivät ole sataprosenttisesti kestäviä säteilyvahinkoille, joten terveysongelmat jatkisivat.
Joten kolmesta tunnetusta mekanismista, jotka elämä on suunnitellut säteilyvahinkojen torjumiseksi - esteet, korjaus ja kuivuminen -, välittömänä käytännöllisenä ratkaisuna ihmisten avaruuslennoille olisi parempien säteilyesteiden luominen. Anitori uskoo, että hänen tutkimuksensa Paralanan kevään organismeista voisi joskus auttaa meitä suunnittelemaan tällaisia esteitä.
"Ehkä luonto opettaa meitä jäljittelemään joitain mikrobien käyttämiä suojausmekanismeja", hän toteaa.
Ja Rothschild sanoo, että säteilytutkimukset voisivat myös tarjota joitain tärkeitä oppeja, kun tarkastelemme yhteisöjen perustamista kuuhun, Marsiin ja muihin planeettoihin.
”Kun alamme rakentaa ihmispesäkkeitä, otamme organismit mukaan. Viime kädessä haluat kasvattaa kasveja ja mahdollisesti luoda ilmapiirin Marsissa ja kuussa. Emme ehkä halua kuluttaa vaivaa ja rahaa suojellakseen niitä kokonaan UV- ja kosmiselta säteilyltä. "
Lisäksi Rothschild sanoo: ”Ihmiset ovat vain täynnä mikrobeja, emmekä voi elää ilman heitä. Emme tiedä, millainen vaikutus säteilyllä on siihen assosioituneeseen yhteisöön, ja se voi olla enemmän ongelma kuin säteilyn suora vaikutus ihmisiin. "
Hän uskoo, että hänen opinnoistaan on hyötyä myös etsiessään elämää muissa maailmoissa. Jos oletetaan, että myös muut maailmankaikkeuden organismit perustuvat hiileen ja veteen, voimme olettaa, millaisissa ääriolosuhteissa ne voisivat selviytyä.
"Joka kerta kun löydämme maapallolta organismin, joka voi elää yhä pidemmälle ympäristön äärimmäisyyteen, olemme lisänneet sen kirjekuoren kokoa, jonka tiedämme, että elämä voi selviytyä", Rothschild sanoo. ”Joten jos menemme kohtaan Marsilla, jolla on tietty säteilyvirta, kuivuminen ja lämpötila, voimme sanoa:” Maapallolla on organismeja, jotka voivat elää näissä olosuhteissa. Mikään ei estä elämää elämästä siellä. "Nyt on toinen asia, onko elämä olemassa vai ei, mutta ainakin voimme sanoa, että tämä on elämän vähimmäiskehys."
Esimerkiksi Rothschildin mielestä elämä voisi olla mahdollista Marsin suolakuorissa, jotka ovat samanlaisia kuin maan suolakuorut, joissa organismit löytävät suojaa aurinko-UV: ltä. Hän tarkastelee myös elämää, joka elää maapallon jään ja lumen alla, ja pohtii, voisiko organismit elää suhteellisen säteilystä suojattua olemassaoloa Jupiterin kuun Europa -jäällä.
Alkuperäinen lähde: NASA Astrobiology
