Sonce je glavni vir sevanja za življenje na Zemlji. Avtor slike: NASA/ESA/SOHO. Kliknite za povečavo
Vesoljska potovanja imajo svoje nevarnosti. Eno največjih tveganj bo prišlo zaradi različnih vrst sevanja, ki preplavijo prostor. Znanstveniki se učijo, kako je življenje na Zemlji razvilo različne vrste trikov za upiranje sevanju. Nekatere živali in rastline so razvile zaščitno prevleko ali pigmentacijo, vendar lahko nekatere oblike bakterij dejansko popravijo poškodbe DNK zaradi sevanja. Prihodnji popotniki v vesolju bi lahko izkoristili te tehnike, da bi zmanjšali škodo, ki jo dobijo zaradi dolge izpostavljenosti.
V filmih Vojne zvezd in Star Trek ljudje z lahkoto potujejo med planeti in galaksijami. Toda naša prihodnost v vesolju še zdaleč ni zagotovljena. Če odvzamemo težave s hiperpogonom in črvini, se ne zdi mogoče, da bi človeško telo zdržalo dolgotrajno izpostavljenost močnemu sevanju vesolja.
Sevanje prihaja iz številnih virov. Sončna svetloba proizvaja vrsto valovnih dolžin od dolgovalovne infrardeče do kratkovalovne ultravijolične (UV). Sevanje ozadja v vesolju je sestavljeno iz visokoenergetskih rentgenskih žarkov, žarkov gama in kozmičnih žarkov, ki lahko vsi uničijo celice v naših telesih. Ker takšno ionizirajoče sevanje zlahka prodre v stene vesoljskih plovil in vesoljske obleke, morajo astronavti danes omejiti svoj čas v vesolju. Toda že kratek čas v vesolju močno poveča njihove možnosti za razvoj raka, sive mrene in drugih zdravstvenih težav, povezanih s sevanjem.
Za premagovanje te težave lahko najdemo nekaj koristnih nasvetov v naravi. Številni organizmi so že razvili učinkovite strategije za zaščito pred sevanjem.
Lynn Rothschild iz Nasinega raziskovalnega centra Ames pravi, da je sevanje vedno predstavljalo nevarnost za življenje na Zemlji, zato je moralo življenje najti načine, kako se z njim spopasti. To je bilo še posebej pomembno v najzgodnejših letih Zemlje, ko so se sestavine za življenje prvič združile. Ker naš planet sprva ni imel veliko kisika v ozračju, mu je manjkala tudi ozonska (O3) plast, ki bi blokirala škodljivo sevanje. To je eden od razlogov, zakaj mnogi verjamejo, da je življenje nastalo pod vodo, saj lahko voda filtrira bolj škodljive valovne dolžine svetlobe.
Pa še fotosinteza? pretvorba sončne svetlobe v kemično energijo? razvila relativno zgodaj v zgodovini življenja. Fotosintetični mikrobi, kot so cianobakterije, so uporabljali sončno svetlobo za pripravo hrane že pred 2,8 milijarde let (in morda celo prej).
Zgodnje življenje se je zato ukvarjalo z občutljivim uravnovešanjem, učenjem, kako uporabljati sevanje za energijo, hkrati pa se zaščititi pred škodo, ki bi jo lahko povzročilo sevanje. Čeprav sončna svetloba ni tako energična kot rentgenski ali gama žarki, UV valovne dolžine prednostno absorbirajo baze DNK in aromatske aminokisline beljakovin. Ta absorpcija lahko poškoduje celice in občutljive verige DNK, ki kodirajo navodila za življenje.
'Težava je v tem, da če želite dostopati do sončnega sevanja za fotosintezo, morate vzeti dobro s slabim - prav tako se izpostavljate ultravijoličnemu sevanju,' pravi Rothschild. 'Torej obstajajo različni triki, za katere menimo, da so jih uporabljali v zgodnjem življenju, tako kot življenje danes.'
Poleg skrivanja pod tekočo vodo življenje uporablja tudi druge naravne ovire za UV sevanje, kot so led, pesek, kamenje in sol. Ko so se organizmi še naprej razvijali, so nekateri lahko razvili lastne zaščitne ovire, kot sta pigmentacija ali trda zunanja lupina.
Zahvaljujoč fotosintetičnim organizmom, ki polnijo ozračje s kisikom (in s tem tvorijo ozonsko plast), se večini organizmov na Zemlji danes ni treba soočiti z visokoenergetskimi UV-C žarki, rentgenskimi ali gama žarki iz vesolja. Pravzaprav so edini organizmi, za katere je znano, da preživijo izpostavljenost vesolju? vsaj kratkoročno – so bakterije in lišaji. Bakterije potrebujejo nekaj zaščite, da jih UV ne opeče, vendar imajo lišaji dovolj biomase, da delujejo kot zaščitna vesoljska obleka.
Toda tudi z dobro postavljeno pregrado včasih pride do poškodb zaradi sevanja. Lišaji in bakterije prezimujejo v vesolju? ne rastejo, se razmnožujejo in ne opravljajo nobene od svojih običajnih življenjskih funkcij. Po vrnitvi na Zemljo zapustijo to stanje mirovanja in, če je prišlo do poškodbe, proteini v celici delujejo tako, da združijo verige DNK, ki so bile razpadle zaradi sevanja.
Enak nadzor škode se pojavi pri organizmih na Zemlji, ko so izpostavljeni radioaktivnim materialom, kot sta uran in radij. Bakterija Deinococcus radiodurans je aktualni prvak, ko gre za tovrstno popravilo sevanja. (Popolno popravilo ni vedno možno, zato lahko izpostavljenost sevanju povzroči genetske mutacije ali smrt.)
'Živim v večnem upanju, da bom zrušil D. radiodurans,' pravi Rothchild. Njeno iskanje mikroorganizmov, odpornih na sevanje, jo je pripeljalo do vročega izvira Paralana v Avstraliji. Granitne kamnine, bogate z uranom, oddajajo gama žarke, medtem ko smrtonosni radon mehurčka iz vroče vode. Je torej življenje spomladi izpostavljeno visoki stopnji sevanja ? tako spodaj, od radioaktivnih materialov, kot zgoraj, od intenzivne UV svetlobe avstralskega sonca.
Rothschild je o vročem izviru izvedel od Roberta Anitorija z avstralskega centra za astrobiologijo univerze Macquarie. Anitori je sekvenciral 16S ribosomske RNA gene in gojil bakterije, ki srečno živijo v radioaktivnih vodah. Tako kot drugi organizmi na Zemlji so cianobakterije Paralana in drugi mikrobi morda zasnovali ovire za zaščito pred sevanjem.
'Na nekaterih mikrobnih podlogah sem opazil trdo, skoraj silikonu podobno plast,' pravi Anitori. 'In ko rečem 'podoben silikonu', mislim na vrsto, ki jo uporabljate na robovih okenskega stekla.'
'Poleg možnih zaščitnih mehanizmov sumim, da imajo mikrobi v Paralani tudi dobre mehanizme za popravilo DNK,' dodaja Anitori. Trenutno lahko le ugiba o metodah, ki jih organizmi Paralana uporabljajo za preživetje. Vendar namerava pozneje letos natančno preučiti njihove strategije odpornosti na sevanje.
Poleg Paralane so jo Rothschildove preiskave pripeljale tudi v izjemno sušna območja v Mehiki in bolivijskih Andih. Kot se je izkazalo, so številni organizmi, ki so se razvili, da bi živeli v puščavah, tudi precej dobri pri preživetju izpostavljenosti sevanju.
Dolgotrajna izguba vode lahko povzroči poškodbe DNK, vendar so nekateri organizmi razvili učinkovite popravljalne sisteme za boj proti tej poškodbi. Možno je, da se ti isti sistemi za popravilo dehidracije uporabljajo, ko mora organizem popraviti škodo, povzročeno s sevanjem.
Toda takšni organizmi se lahko v celoti izognejo škodi preprosto tako, da se izsušijo. Pomanjkanje vode v izsušenih, mirujočih celicah jih naredi veliko manj dovzetne za učinke ionizirajočega sevanja, ki lahko poškoduje celice s tvorbo prostih radikalov vode (hidroksil ali OH radikal). Ker imajo prosti radikali neparne elektrone, vneto poskušajo komunicirati z DNK, beljakovinami, lipidi v celičnih membranah in vsem, kar lahko najdejo. Nastala razbitina lahko povzroči odpoved organelov, blokira delitev celic ali povzroči celično smrt.
Odstranjevanje vode v človeških celicah verjetno ni praktična rešitev za zmanjšanje naše izpostavljenosti sevanju v vesolju. Znanstvena fantastika se že dolgo poigrava z idejo, da bi ljudi spravili v začasno animacijo za dolga vesoljska potovanja, toda spremeniti ljudi v zmečkane, posušene rozine in jih nato ponovno hidrirati nazaj v življenje ni z medicinskega vidika mogoče – ali zelo privlačno. Tudi če bi lahko razvili tak postopek, bi bile po rehidraciji človeških rozin spet dovzetne za poškodbe zaradi sevanja.
Morda bomo nekega dne lahko z genskim inženiringom ljudi oblikovali, da bodo imeli enake sisteme za popravilo super sevanja kot mikroorganizmi, kot je D. radiodurans. Toda tudi če bi bilo takšno poigravanje s človeškim genomom možno, ti vzdržljivi organizmi niso 100-odstotno odporni na poškodbe zaradi sevanja, zato bi zdravstvene težave še vedno obstajale.
Torej bi bila od treh znanih mehanizmov, ki jih je življenje zasnovalo za boj proti poškodbam zaradi sevanja – ovire, popravilo in izsušitev –, najbolj praktična rešitev za človeški vesoljski polet oblikovanje boljših sevalnih ovir. Anitori meni, da bi nam lahko njegove študije organizmov izvira Paralana nekega dne pomagale oblikovati takšne ovire.
'Morda nas bo poučila narava, ki posnema nekatere zaščitne mehanizme, ki jih uporabljajo mikrobi,' pravi.
In Rothschild pravi, da bi študije sevanja lahko zagotovile tudi nekaj pomembnih lekcij, ko si prizadevamo za vzpostavitev skupnosti na Luni, Marsu in drugih planetih.
»Ko bomo začeli graditi človeške kolonije, bomo s seboj vzeli organizme. Navsezadnje boste želeli gojiti rastline in morda ustvariti vzdušje na Marsu in na Luni. Morda ne želimo porabiti truda in denarja, da bi jih popolnoma zaščitili pred UV in kozmičnim sevanjem.'
Poleg tega, pravi Rothschild, »ljudje so polni mikrobov in brez njih ne bi mogli preživeti. Ne vemo, kakšen učinek bo imelo sevanje na to povezano skupnost, in to je lahko večji problem kot neposreden učinek sevanja na ljudi.
Verjame, da bo njen študij koristen tudi pri iskanju življenja na drugih svetovih. Ob predpostavki, da tudi drugi organizmi v vesolju temeljijo na ogljiku in vodi, lahko domnevamo, v kakšnih ekstremnih pogojih bi lahko preživeli.
'Vsakič, ko najdemo organizem na Zemlji, ki lahko živi vse dlje in dlje v okoljski skrajnosti, smo povečali velikost te ovojnice tega, za kar vemo, da lahko življenje preživi znotraj,' pravi Rothschild. »Torej, če gremo na mesto na Marsu, ki ima določen sevalni tok, izsušitev in temperaturo, lahko rečemo: »Na Zemlji obstajajo organizmi, ki lahko živijo v teh pogojih. Nič ne preprečuje, da bi življenje živelo tam.’ Zdaj, ali je življenje tam ali ne, je druga stvar, a vsaj lahko rečemo, da je to minimalna ovojnica za življenje.«
Na primer, Rothschild meni, da bi bilo življenje mogoče v solnih skorjih na Marsu, ki so podobne solnim skorjem na Zemlji, kjer se organizmi skrivajo pred sončnimi UV žarki. Gleda tudi na življenje, ki živi pod ledom in snegom na Zemlji, in se sprašuje, ali bi organizmi lahko živeli sorazmerno pred sevanjem zaščiten obstoj pod ledom Jupitrove lune Evropa.
Originalni vir: NASA Astrobiologija