Ο ήλιος είναι μια σημαντική πηγή ακτινοβολίας για τη ζωή στη Γη. Πίστωση εικόνας: NASA/ESA/SOHO. Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Τα ταξίδια στο διάστημα έχουν τους κινδύνους τους. Ένας από τους μεγαλύτερους κινδύνους θα προέλθει από τα διάφορα είδη ακτινοβολίας που πλημμυρίζουν το χώρο. Οι επιστήμονες μαθαίνουν πώς η ζωή στη Γη έχει εξελίξει διάφορα είδη τεχνασμάτων για να αντισταθεί στην ακτινοβολία. Ορισμένα ζώα και φυτά έχουν αναπτύξει προστατευτικό κάλυμμα ή μελάγχρωση, αλλά ορισμένες μορφές βακτηρίων μπορούν πραγματικά να επιδιορθώσουν τη βλάβη στο DNA τους από την ακτινοβολία. Οι μελλοντικοί διαστημικοί ταξιδιώτες μπορεί να επωφεληθούν από αυτές τις τεχνικές για να ελαχιστοποιήσουν τη ζημιά που προκαλούν από τη μακροχρόνια έκθεση.
Στις ταινίες Star Wars και Star Trek, οι άνθρωποι ταξιδεύουν μεταξύ πλανητών και γαλαξιών με ευκολία. Αλλά το μέλλον μας στο διάστημα δεν είναι καθόλου σίγουρο. Πέρα από τα ζητήματα υπερκίνησης και σκουληκότρυπας, δεν φαίνεται πιθανό το ανθρώπινο σώμα να αντέξει την εκτεταμένη έκθεση στην σκληρή ακτινοβολία του διαστήματος.
Η ακτινοβολία προέρχεται από πολλές πηγές. Το φως από τον ήλιο παράγει ένα εύρος μηκών κύματος από υπέρυθρο μεγάλου μήκους κύματος έως υπεριώδες μικρού μήκους κύματος (UV). Η ακτινοβολία υποβάθρου στο διάστημα αποτελείται από ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας, ακτίνες γάμμα και κοσμικές ακτίνες, οι οποίες μπορούν να κάνουν τον όλεθρο με τα κύτταρα του σώματός μας. Δεδομένου ότι μια τέτοια ιονίζουσα ακτινοβολία διεισδύει εύκολα στους τοίχους και τις διαστημικές στολές, οι αστροναύτες σήμερα πρέπει να περιορίσουν τον χρόνο τους στο διάστημα. Όμως, το να βρίσκονται στο διάστημα έστω και για μικρό χρονικό διάστημα αυξάνει σημαντικά τις πιθανότητες να αναπτύξουν καρκίνο, καταρράκτη και άλλα προβλήματα υγείας που σχετίζονται με την ακτινοβολία.
Για να ξεπεράσουμε αυτό το πρόβλημα, μπορεί να βρούμε μερικές χρήσιμες συμβουλές στη φύση. Πολλοί οργανισμοί έχουν ήδη επινοήσει αποτελεσματικές στρατηγικές για την προστασία τους από την ακτινοβολία.
Η Lynn Rothschild του Ερευνητικού Κέντρου Ames της NASA λέει ότι η ακτινοβολία ήταν πάντα ένας κίνδυνος για τη ζωή στη Γη, και έτσι η ζωή έπρεπε να βρει τρόπους να την αντιμετωπίσει. Αυτό ήταν ιδιαίτερα σημαντικό κατά τα πρώτα χρόνια της Γης, όταν τα συστατικά για τη ζωή συναντήθηκαν για πρώτη φορά. Επειδή ο πλανήτης μας αρχικά δεν είχε πολύ οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, δεν είχε επίσης στρώμα όζοντος (Ο3) για να εμποδίσει την επιβλαβή ακτινοβολία. Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο πολλοί πιστεύουν ότι η ζωή προήλθε κάτω από το νερό, καθώς το νερό μπορεί να φιλτράρει τα πιο επιβλαβή μήκη κύματος του φωτός.
Ακόμα φωτοσύνθεση; η μετατροπή του ηλιακού φωτός σε χημική ενέργεια; αναπτύχθηκε σχετικά νωρίς στην ιστορία της ζωής. Φωτοσυνθετικά μικρόβια όπως τα κυανοβακτήρια χρησιμοποιούσαν το φως του ήλιου για να παράγουν τροφή ήδη πριν από 2,8 δισεκατομμύρια χρόνια (και πιθανώς και νωρίτερα).
Ως εκ τούτου, η πρώιμη ζωή εμπλέκεται σε μια λεπτή πράξη εξισορρόπησης, μαθαίνοντας πώς να χρησιμοποιεί την ακτινοβολία για ενέργεια ενώ προστατεύεται από τη ζημιά που θα μπορούσε να προκαλέσει η ακτινοβολία. Ενώ το ηλιακό φως δεν είναι τόσο ενεργητικό όσο οι ακτίνες Χ ή οι ακτίνες γάμμα, τα μήκη κύματος UV απορροφώνται κατά προτίμηση από τις βάσεις DNA και από τα αρωματικά αμινοξέα των πρωτεϊνών. Αυτή η απορρόφηση μπορεί να βλάψει τα κύτταρα και τους ευαίσθητους κλώνους του DNA που κωδικοποιούν τις οδηγίες για τη ζωή.
'Το πρόβλημα είναι ότι αν πρόκειται να αποκτήσετε πρόσβαση στην ηλιακή ακτινοβολία για φωτοσύνθεση, πρέπει να πάρετε το καλό με το κακό - εκτίθεστε επίσης στην υπεριώδη ακτινοβολία', λέει ο Rothschild. «Έτσι, υπάρχουν διάφορα κόλπα που πιστεύουμε ότι χρησιμοποιούσε η πρώιμη ζωή, όπως κάνει η ζωή σήμερα».
Εκτός από το να κρύβεται κάτω από υγρό νερό, η ζωή χρησιμοποιεί άλλα φυσικά εμπόδια υπεριώδους ακτινοβολίας, όπως πάγο, άμμο, βράχους και αλάτι. Καθώς οι οργανισμοί συνέχιζαν να εξελίσσονται, μερικοί κατάφεραν να αναπτύξουν τα δικά τους προστατευτικά εμπόδια όπως η μελάγχρωση ή ένα σκληρό εξωτερικό κέλυφος.
Χάρη στους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς που γεμίζουν την ατμόσφαιρα με οξυγόνο (και έτσι δημιουργούν ένα στρώμα όζοντος), οι περισσότεροι οργανισμοί στη Γη σήμερα δεν χρειάζεται να αντιμετωπίσουν τις ακτίνες UV-C υψηλής ενέργειας, τις ακτίνες Χ ή τις ακτίνες γάμμα από το διάστημα. Στην πραγματικότητα, οι μόνοι οργανισμοί που είναι γνωστό ότι επιβιώνουν από την έκθεση στο διάστημα; τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα – είναι βακτήρια και λειχήνες. Τα βακτήρια χρειάζονται κάποια θωράκιση, ώστε να μην τηγανιστούν από την υπεριώδη ακτινοβολία, αλλά οι λειχήνες έχουν αρκετή βιομάζα για να λειτουργήσουν ως προστατευτική διαστημική στολή.
Αλλά ακόμη και με ένα καλό φράγμα στη θέση του, μερικές φορές συμβαίνει ζημιά από την ακτινοβολία. Οι λειχήνες και τα βακτήρια πέφτουν σε χειμερία νάρκη ενώ βρίσκονται στο διάστημα; δεν αναπτύσσονται, δεν αναπαράγονται ή δεν εμπλέκονται σε καμία από τις κανονικές λειτουργίες ζωής τους. Με την επιστροφή τους στη Γη, βγαίνουν από αυτή την αδρανοποιημένη κατάσταση και, εάν προκληθεί ζημιά, οι πρωτεΐνες στο κύτταρο συνεργάζονται για να συνενώσουν τους κλώνους DNA που διασπάστηκαν από την ακτινοβολία.
Ο ίδιος έλεγχος της ζημιάς συμβαίνει με τους οργανισμούς στη Γη όταν εκτίθενται σε ραδιενεργά υλικά όπως το ουράνιο και το ράδιο. Το βακτήριο Deinococcus radiodurans είναι ο κυρίαρχος πρωταθλητής όταν πρόκειται για αυτό το είδος επισκευής ακτινοβολίας. (Η πλήρης επισκευή δεν είναι πάντα δυνατή, ωστόσο, γι' αυτό η έκθεση στην ακτινοβολία μπορεί να οδηγήσει σε γενετικές μεταλλάξεις ή θάνατο.)
«Ζω στην αιώνια ελπίδα να καταργήσω τον D. radiodurans», λέει ο Rothchild. Η αναζήτησή της για μικροοργανισμούς ανθεκτικούς στην ακτινοβολία την έφερε στην ιαματική πηγή Paralana στην Αυστραλία. Οι πλούσιοι σε ουράνιο γρανίτης πετρώματα εκπέμπουν ακτίνες γάμμα, ενώ το θανατηφόρο αέριο ραδονίου αναβλύζει από το ζεστό νερό. Επομένως, η ζωή την άνοιξη εκτίθεται σε υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας; τόσο κάτω, από τα ραδιενεργά υλικά, όσο και πάνω, από το έντονο υπεριώδες φως του αυστραλιανού ήλιου.
Ο Rothschild έμαθε για την ιαματική πηγή από τον Roberto Anitori του Αυστραλιανού Κέντρου Αστροβιολογίας του Πανεπιστημίου Macquarie. Το Anitori προσδιορίζει την αλληλουχία των γονιδίων του ριβοσωμικού RNA 16S και καλλιεργεί τα βακτήρια που ζουν πολύ χαρούμενα στα ραδιενεργά νερά. Όπως και άλλοι οργανισμοί στη Γη, τα κυανοβακτήρια Paralana και άλλα μικρόβια μπορεί να έχουν επινοήσει φραγμούς για να προστατευτούν από την ακτινοβολία.
«Έχω παρατηρήσει ένα σκληρό, σχεδόν σαν σιλικόνη στρώμα σε μερικά από τα μικροβιακά χαλάκια εκεί», λέει ο Anitori. 'Και όταν λέω 'σαν πυρίτιο', εννοώ το είδος που χρησιμοποιείτε στις μπορντούρες του υαλοπίνακα.'
«Εκτός από πιθανούς μηχανισμούς θωράκισης, υποψιάζομαι ότι τα μικρόβια στην Paralana έχουν επίσης καλούς μηχανισμούς επιδιόρθωσης DNA», προσθέτει ο Anitori. Προς το παρόν, μπορεί μόνο να κάνει εικασίες σχετικά με τις μεθόδους που χρησιμοποιούν οι οργανισμοί Paralana για να επιβιώσουν. Ωστόσο, σχεδιάζει να διερευνήσει προσεκτικά τις στρατηγικές αντίστασης στην ακτινοβολία αργότερα αυτό το έτος.
Εκτός από την Paralana, οι έρευνες της Rothschild την οδήγησαν σε εξαιρετικά άνυδρες περιοχές στο Μεξικό και στις Άνδεις της Βολιβίας. Όπως αποδεικνύεται, πολλοί οργανισμοί που εξελίχθηκαν για να ζουν σε ερήμους είναι επίσης αρκετά καλοί στο να επιβιώνουν από την έκθεση στην ακτινοβολία.
Η παρατεταμένη απώλεια νερού μπορεί να προκαλέσει βλάβη στο DNA, αλλά ορισμένοι οργανισμοί έχουν εξελίξει αποτελεσματικά συστήματα επισκευής για την καταπολέμηση αυτής της βλάβης. Είναι πιθανό ότι αυτά τα ίδια συστήματα επιδιόρθωσης αφυδάτωσης χρησιμοποιούνται όταν ο οργανισμός χρειάζεται να επιδιορθώσει τη βλάβη που προκαλείται από την ακτινοβολία.
Αλλά τέτοιοι οργανισμοί μπορεί να είναι σε θέση να αποφύγουν τη ζημιά εντελώς απλά με το να στεγνώσουν. Η έλλειψη νερού στα αποξηραμένα, αδρανοποιημένα κύτταρα τα καθιστά πολύ λιγότερο ευαίσθητα στις επιπτώσεις της ιονίζουσας ακτινοβολίας, η οποία μπορεί να βλάψει τα κύτταρα παράγοντας ελεύθερες ρίζες νερού (ρίζα υδροξυλίου ή ΟΗ). Επειδή οι ελεύθερες ρίζες έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια, προσπαθούν με ανυπομονησία να αλληλεπιδράσουν με το DNA, τις πρωτεΐνες, τα λιπίδια στις κυτταρικές μεμβράνες και οτιδήποτε άλλο μπορούν να βρουν. Τα συντρίμμια που προκύπτουν μπορεί να οδηγήσουν σε ανεπάρκεια οργανιδίων, να εμποδίσουν την κυτταρική διαίρεση ή να προκαλέσουν κυτταρικό θάνατο.
Η εξάλειψη του νερού στα ανθρώπινα κύτταρα πιθανώς δεν είναι μια πρακτική λύση για να ελαχιστοποιήσουμε την έκθεσή μας στην ακτινοβολία στο διάστημα. Η επιστημονική φαντασία έχει παίξει εδώ και πολύ καιρό με την ιδέα να βάζει τους ανθρώπους σε ανασταλμένα κινούμενα σχέδια για μεγάλα διαστημικά ταξίδια, αλλά η μετατροπή των ανθρώπων σε ζαρωμένη, ξεραμένη σταφίδα και στη συνέχεια η επανυδάτωση τους στη ζωή δεν είναι ιατρικά εφικτή - ή πολύ ελκυστική. Ακόμα κι αν μπορούσαμε να αναπτύξουμε μια τέτοια διαδικασία, όταν οι ανθρώπινες σταφίδες θα επανενυδατωθούν θα ήταν και πάλι επιρρεπείς σε ζημιές από την ακτινοβολία.
Ίσως κάποια μέρα μπορέσουμε να κατασκευάσουμε γενετικά τους ανθρώπους ώστε να έχουν τα ίδια συστήματα επισκευής σούπερ ακτινοβολίας με μικροοργανισμούς όπως το D. radiodurans. Αλλά ακόμα κι αν ήταν δυνατή μια τέτοια σύγχυση με το ανθρώπινο γονιδίωμα, αυτοί οι ανθεκτικοί οργανισμοί δεν είναι 100 τοις εκατό ανθεκτικοί στις βλάβες από την ακτινοβολία, επομένως τα προβλήματα υγείας θα επιμένουν.
Έτσι, από τους τρεις γνωστούς μηχανισμούς που έχει επινοήσει η ζωή για την καταπολέμηση της ζημιάς από την ακτινοβολία – εμπόδια, επισκευή και αποξήρανση – η πιο άμεση πρακτική λύση για τις ανθρώπινες διαστημικές πτήσεις θα ήταν η δημιουργία καλύτερων φραγμών ακτινοβολίας. Ο Anitori πιστεύει ότι οι μελέτες του για τους οργανισμούς της Paralana Spring θα μπορούσαν κάποια μέρα να μας βοηθήσουν να δημιουργήσουμε τέτοια εμπόδια.
«Ίσως θα διδαχτούμε από τη φύση, μιμούμενοι κάποιους από τους μηχανισμούς θωράκισης που χρησιμοποιούν τα μικρόβια», δηλώνει.
Και ο Rothschild λέει ότι οι μελέτες ακτινοβολίας θα μπορούσαν επίσης να παρέχουν μερικά σημαντικά μαθήματα καθώς προσβλέπουμε στη δημιουργία κοινοτήτων στο φεγγάρι, τον Άρη και άλλους πλανήτες.
«Όταν αρχίσουμε να χτίζουμε ανθρώπινες αποικίες, θα πάρουμε οργανισμούς μαζί μας. Θα θελήσετε τελικά να καλλιεργήσετε φυτά και πιθανώς να δημιουργήσετε μια ατμόσφαιρα στον Άρη και στο φεγγάρι. Μπορεί να μην θέλουμε να ξοδέψουμε την προσπάθεια και τα χρήματα για να τα προστατέψουμε πλήρως από την υπεριώδη ακτινοβολία και την κοσμική ακτινοβολία».
Επιπλέον, λέει ο Rothschild, «οι άνθρωποι είναι απλώς γεμάτοι μικρόβια και δεν θα μπορούσαμε να επιβιώσουμε χωρίς αυτά. Δεν γνωρίζουμε τι επίδραση θα έχει η ακτινοβολία σε αυτή τη συνδεδεμένη κοινότητα και αυτό μπορεί να είναι περισσότερο πρόβλημα από την άμεση επίδραση της ακτινοβολίας στους ανθρώπους».
Πιστεύει ότι οι σπουδές της θα είναι επίσης χρήσιμες στην αναζήτηση της ζωής σε άλλους κόσμους. Υποθέτοντας ότι και άλλοι οργανισμοί στο σύμπαν βασίζονται στον άνθρακα και το νερό, μπορούμε να υποθέσουμε σε τι είδους ακραίες συνθήκες θα μπορούσαν να επιβιώσουν.
«Κάθε φορά που βρίσκουμε έναν οργανισμό στη Γη που μπορεί να ζήσει όλο και περισσότερο σε ένα περιβαλλοντικό άκρο, αυξάναμε το μέγεθος αυτού του φακέλου αυτού που γνωρίζουμε ότι μπορεί να επιβιώσει η ζωή», λέει ο Rothschild. «Επομένως, αν πάμε σε ένα μέρος στον Άρη που έχει μια συγκεκριμένη ροή ακτινοβολίας, αποξήρανση και θερμοκρασία, μπορούμε να πούμε: «Υπάρχουν οργανισμοί στη Γη που μπορούν να ζήσουν κάτω από αυτές τις συνθήκες. Δεν υπάρχει τίποτα που να αποκλείει τη ζωή από το να ζεις εκεί.» Τώρα, το αν υπάρχει ζωή ή όχι είναι άλλο θέμα, αλλά τουλάχιστον μπορούμε να πούμε ότι αυτό είναι το ελάχιστο κονδύλι για τη ζωή».
Για παράδειγμα, ο Rothschild πιστεύει ότι η ζωή θα μπορούσε να είναι δυνατή στους φλοιούς αλατιού στον Άρη, οι οποίοι είναι παρόμοιοι με τους φλοιούς αλατιού στη Γη, όπου οι οργανισμοί βρίσκουν καταφύγιο από την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία. Εξετάζει επίσης τη ζωή που ζει κάτω από τον πάγο και το χιόνι στη Γη και αναρωτιέται εάν οι οργανισμοί θα μπορούσαν να ζήσουν μια συγκριτικά προστατευμένη από την ακτινοβολία ύπαρξη κάτω από τον πάγο του φεγγαριού του Δία, Ευρώπη.
Αρχική πηγή: Αστροβιολογία της NASA