Solen er en vigtig kilde til stråling for livet på Jorden. Klik for at forstørre
Rumrejse har sine farer. Nogle dyr og planter har udviklet sig beskyttende afdækning eller pigmentering, men nogle former for bakterier kan faktisk reparere skader på dens DNA fra stråling. Fremtidige rumfarere kan drage fordel af disse teknikker for at minimere den skade, de får ved lang eksponering.
I Star Wars og Star Trek-film rejser folk let mellem planeter og galakser. Men vores fremtid i rummet er langt fra sikret. Spørgsmål om hyperdrive og ormehuller til side, det ser ikke ud til, at den menneskelige krop kan modstå udvidet eksponering for den hårde stråling i det ydre rum.
Stråling kommer fra mange kilder. Lys fra solen producerer en række bølgelængder fra langbølget infrarødt til kort bølgelængde ultraviolet (UV). Baggrundsstråling i rummet er sammensat af højenergi-røntgenstråler, gammastråler og kosmiske stråler, som alle kan spille ødelæggelse med cellerne i vores kroppe. Da sådan ioniserende stråling let trænger ind i rumfarvevægge og rumdragter, skal astronauter i dag begrænse deres tid i rummet. Men at være i det ydre rum i endnu en kort periode øger deres odds for at udvikle kræft, grå stær og andre strålingsrelaterede sundhedsmæssige problemer i høj grad.
For at overvinde dette problem kan vi finde nogle nyttige tip i naturen. Mange organismer har allerede udtænkt effektive strategier til at beskytte sig mod stråling.
Lynn Rothschild fra NASA Ames Research Center siger, at stråling altid har været en fare for livet på Jorden, og derfor måtte livet finde måder at tackle det på. Dette var især vigtigt i Jordens tidligste år, da ingredienserne til livet først kom sammen. Fordi vores planet oprindeligt ikke havde meget ilt i atmosfæren, manglede den også et ozonlag (O3) for at blokere for skadelig stråling. Dette er en af grundene til, at mange mener, at livet stammer fra vandet, da vand kan filtrere de mere skadelige bølgelængder af lys.
Alligevel fotosyntesen? omdannelse af sollys til kemisk energi? udviklede sig relativt tidligt i livets historie. Fotosyntetiske mikrober som cyanobakterier brugte sollys til at fremstille mad så tidligt som for 2,8 milliarder år siden (og muligvis endnu tidligere).
Det tidlige liv beskæftigede sig derfor med en delikat afbalanceringshandling, hvor man lærte at bruge stråling til energi og samtidig beskytte sig mod den skade, stråling kunne forårsage. Mens sollys ikke er så energisk som røntgenstråler eller gammastråler, optages UV-bølgelængderne fortrinsvis af DNA-baser og af de aromatiske aminosyrer i proteiner. Denne absorption kan skade celler og de sarte DNA-strenge, der koder for livets instruktioner.
"Problemet er, hvis du får adgang til solstråling til fotosyntesen, er du nødt til at tage det gode med det dårlige - du udsætter dig også for den ultraviolette stråling," siger Rothschild. "Så der er forskellige tricks, som vi tror, at det tidlige liv blev brugt, som livet gør i dag."
Ud over at skjule sig under flydende vand, bruger livet andre naturlige UV-strålingsbarrierer som is, sand, klipper og salt. Da organismer fortsatte med at udvikle sig, var nogle i stand til at udvikle deres egne beskyttende barrierer, såsom pigmentering eller en hård ydre skal.
Takket være fotosyntetiske organismer, der fylder atmosfæren med ilt (og derved genererer et ozonlag), behøver de fleste organismer på Jorden i dag ikke at kæmpe med UV-C-stråler med høj energi, røntgenstråler eller gammastråler fra rummet. Faktisk er de eneste organismer, der er kendt for at overleve eksponering af rummet? i det mindste på kort sigt - er bakterier og lav. Bakterier har brug for en vis afskærmning, så de ikke bliver stegt af UV, men lav har nok biomasse til at fungere som en beskyttende rumdragt.
Men selv med en god barriere på plads forekommer undertiden stråleskader. Lav og bakterier dvale i rummet? de vokser ikke, gengiver eller engagerer sig i nogen af deres normale levende funktioner. Når de vender tilbage til Jorden, forlader de denne sovende tilstand, og hvis der blev påført skade, fungerer proteiner i cellen for at dele DNA-strenge, der blev brudt fra hinanden ved stråling.
Den samme skadekontrol forekommer med organismer på Jorden, når de udsættes for radioaktive materialer som uran og radium. Bakterien Deinococcus radiodurans er den regerende mester når det kommer til denne form for strålereparation. (Komplet reparation er imidlertid ikke altid mulig, og det er derfor, at eksponering for stråling kan føre til genetiske mutationer eller død.)
”Jeg lever i et evigt håb om, at D. radiodurans ikke får plads,” siger Rothchild. Hendes søgning efter strålingsresistente mikroorganismer har bragt hende til Paralana hot spring i Australien. Uranrig granit sten udsender gammastråler, mens dødbringende radongas bobler op fra det varme vand. Livet om foråret udsættes derfor for høje niveauer af stråling? både under, fra de radioaktive materialer, og over, fra det intense UV-lys fra den australske sol.
Rothschild lærte om den varme kilde fra Roberto Anitori fra Macquarie Universitets australske Center for Astrobiologi. Anitori har sekventeret 16S ribosomale RNA-gener og dyrket bakterierne, der lever ganske lykkeligt i det radioaktive farvande. Paralana cyanobakterier og andre mikrober kan som andre organismer på Jorden have udtænkt barrierer for at beskytte sig mod strålingen.
”Jeg har bemærket et hårdt, næsten silikone-lignende lag på nogle af de mikrobielle måtter der,” siger Anitori. "Og når jeg siger" siliciumlignende ", mener jeg den slags, du bruger ved kantning af vinduesruder."
”Bortset fra mulige afskærmningsmekanismer, formoder jeg, at mikroberne i Paralana også har gode DNA-reparationsmekanismer,” tilføjer Anitori. I øjeblikket kan han kun spekulere i de metoder, som Paralana-organismerne bruger til at overleve. Han planlægger imidlertid at nøje undersøge deres strålingsresistensstrategier senere på året.
Ud over Paralana har Rothschilds undersøgelser bragt hende til ekstremt tørre regioner i Mexico og de bolivianske Andesbjerg. Som det viser sig, er mange organismer, der har udviklet sig til at leve i ørkener, også ret gode til at overleve eksponering for stråling.
Langvarigt vandtab kan forårsage DNA-skader, men nogle organismer har udviklet effektive reparationssystemer for at bekæmpe denne skade. Det er muligt, at disse samme dehydratiseringsreparationssystemer bruges, når organismen har brug for at reparere strålingsskadede skader.
Men sådanne organismer kan muligvis undgå skader helt ved blot at blive tørret ud. Manglen på vand i tørrede, sovende celler gør dem meget mindre modtagelige for virkningerne af ioniserende stråling, som kan skade celler ved at producere frie radikaler af vand (hydroxyl- eller OH-radikal). Fordi frie radikaler har parrede elektroner, prøver de ivrig at interagere med DNA, proteiner, lipider i cellemembraner og alt andet, de kan finde. Den resulterende vrak kan føre til organelsvigt, blokere celledeling eller forårsage celledød.
At eliminere vandet i humane celler er sandsynligvis ikke en praktisk løsning for os til at minimere vores strålingseksponering i rummet. Science fiction har længe leget med ideen om at sætte folk i suspenderet animation til lange rumrejser, men at gøre mennesker til forknammede, udtørrede rosiner og derefter rehydratisere dem tilbage til livet er ikke medicinsk muligt - eller meget tiltalende. Selv hvis vi kunne udvikle en sådan procedure, når de humane rosinetter blev rehydreret, ville de igen være modtagelige for stråleskader.
Måske en dag kan vi genetisk konstruere mennesker til at have de samme superstrålingsreparationssystemer som mikroorganismer som D. radiodurans. Men selv hvis det var muligt at gøre noget med det menneskelige genom, er disse hårdføre organismer ikke 100 procent resistente over for stråleskader, så sundhedsmæssige problemer ville vedvare.
Så af de tre kendte mekanismer, som livet har udtænkt til at bekæmpe stråleskader - barrierer, reparation og udtørring - ville den mest øjeblikkelige praktiske løsning for menneskelig rumfart være at udtænke bedre strålingsbarrierer. Anitori mener, at hans studier af Paralana-forårsorganismerne en dag kunne hjælpe os med at konstruere sådanne barrierer.
”Måske bliver vi undervist af naturen og efterligner nogle af de afskærmningsmekanismer, der bruges af mikrober,” siger han.
Og Rothschild siger, at strålingundersøgelser også kunne give nogle vigtige lektioner, når vi ser på at etablere samfund på månen, Mars og andre planeter.
”Når vi begynder at bygge menneskelige kolonier, vil vi tage organismer med os. Du vil i sidste ende ønske om at dyrke planter og muligvis skabe en atmosfære på Mars og på månen. Vi ønsker måske ikke at bruge en indsats og penge på at beskytte dem fuldstændigt mod UV og kosmisk stråling. ”
Derudover, siger Rothschild, ”mennesker er bare fulde af mikrober, og vi kunne ikke overleve uden dem. Vi ved ikke, hvilken effekt strålingen vil have på det tilknyttede samfund, og det kan være mere et problem end den direkte virkning af stråling på menneskerne. ”
Hun mener, at hendes studier også vil være nyttige i søgen efter livet på andre verdener. Hvis vi antager, at andre organismer i universet også er baseret på kulstof og vand, kan vi postulere, hvilken slags ekstreme forhold de kunne overleve i.
”Hver gang vi finder en organisme på Jorden, der kan leve længere og længere ind i en miljømæssig ekstrem, har vi øget størrelsen på den konvolut af det, vi ved, at livet kan overleve inden i,” siger Rothschild. ”Så hvis vi rejser til et sted på Mars, der har en vis strålingsflux, udtørring og temperatur, kan vi sige, 'Der er organismer på Jorden, der kan leve under disse forhold. Der er intet, der forhindrer livet i at bo der. ”Nu er det en anden sag, om livet er der eller ej, men i det mindste kan vi sige, at dette er den minimale konvolut for livet.”
F.eks. Tror Rothschild, at livet kunne være muligt i saltskorperne på Mars, der ligner saltskorperne på Jorden, hvor organismer finder ly mod UV-sol. Hun ser også på livet, der lever under is og sne på Jorden, og undrer sig over, om organismer kunne leve en forholdsvis strålingsbeskyttet eksistens under isen fra Jupiters måne Europa.
Original kilde: NASA Astrobiology
