Güneş, Dünya'daki yaşam için önemli bir radyasyon kaynağıdır. Büyütmek için tıklayın
Uzay yolculuğunun tehlikeleri var. Bazı hayvanlar ve bitkiler koruyucu kaplama veya pigmentasyon geliştirmiştir, ancak bazı bakteri formları DNA'sındaki hasarı gerçekten radyasyondan onarabilir. Gelecekteki uzay yolcuları, uzun pozlamadan aldıkları zararı en aza indirmek için bu tekniklerden faydalanabilir.
Yıldız Savaşları ve Star Trek filmlerinde insanlar gezegenler ve galaksiler arasında kolayca seyahat ederler. Ancak uzayda geleceğimiz kesin değildir. Hiper sürücü ve solucan delikleri bir yana, insan vücudunun uzayın sert radyasyonuna uzun süre maruz kalmasına dayanabilir gibi görünmüyor.
Radyasyon birçok kaynaktan gelir. Güneşten gelen ışık, uzun dalga kızılötesinden kısa dalga boyu ultraviyole (UV) kadar çeşitli dalga boyları üretir. Uzaydaki arka plan radyasyonu, hepsi vücudumuzdaki hücrelerle tahrip edebilen yüksek enerjili X-ışınları, gama ışınları ve kozmik ışınlardan oluşur. Bu tür iyonlaştırıcı radyasyon uzay aracı duvarlarına ve uzay giysilerine kolayca nüfuz ettiğinden, bugün astronotlar uzaydaki zamanlarını sınırlamalıdır. Ancak kısa bir süre için uzayda olmak, kanser, katarakt ve radyasyonla ilgili diğer sağlık problemlerini geliştirme olasılıklarını büyük ölçüde artırır.
Bu sorunun üstesinden gelmek için, doğada bazı yararlı ipuçları bulabiliriz. Birçok organizma zaten kendilerini radyasyondan korumak için etkili stratejiler geliştirmiştir.
NASA Ames Araştırma Merkezi'nden Lynn Rothschild, radyasyonun Dünya'daki yaşam için her zaman bir tehlike olduğunu ve bu nedenle yaşamın bununla başa çıkmanın yollarını bulmak zorunda olduğunu söylüyor. Bu, özellikle dünyanın yaşam için gerekli malzemelerin ilk bir araya geldiği ilk yıllarında önemliydi. Gezegenimiz başlangıçta atmosferde çok fazla oksijene sahip olmadığından, zararlı radyasyonu engellemek için bir ozon (O3) tabakasından da yoksundu. Bu, birçoğunun hayatın sualtından kaynaklandığına inanmasının bir nedenidir, çünkü su daha zararlı ışık dalga boylarını filtreleyebilir.
Yine de fotosentez? güneş ışığının kimyasal enerjiye dönüşümü? yaşam tarihinde nispeten erken gelişti. Siyanobakteriler gibi fotosentetik mikroplar, 2.8 milyar yıl önce (ve muhtemelen daha erken) yiyecek yapmak için güneş ışığını kullanıyordu.
Bu nedenle erken yaşam, radyasyonun neden olabileceği zararlardan korurken, radyasyonun enerji için nasıl kullanılacağını öğrenerek hassas bir dengeleme eylemi gerçekleştirdi. Güneş ışığı X-ışınları veya gama ışınları kadar enerjik olmasa da, UV dalga boyları tercihen DNA bazları ve proteinlerin aromatik amino asitleri tarafından emilir. Bu emilim, ömür boyu talimatları kodlayan hücrelere ve hassas DNA iplikçiklerine zarar verebilir.
Rothschild, “Sorun, eğer fotosentez için güneş radyasyonuna erişecekseniz, kötüyü iyiye götürmeniz gerekiyor - kendinizi ultraviyole radyasyona da maruz bırakıyorsunuz” diyor Rothschild. “Yani bugün olduğu gibi, erken yaşamın kullanıldığını düşündüğümüz çeşitli hileler var.”
Sıvı su altında saklanmanın yanı sıra, hayat buz, kum, kaya ve tuz gibi diğer doğal UV radyasyon bariyerlerini de kullanır. Organizmalar gelişmeye devam ettikçe, bazıları pigmentasyon veya sert bir dış kabuk gibi kendi koruyucu bariyerlerini geliştirebildi.
Atmosferi oksijenle dolduran (ve böylece bir ozon tabakası oluşturan) fotosentetik organizmalar sayesinde, bugün Dünya'daki çoğu organizmanın uzaydan yüksek enerjili UV-C ışınları, X ışınları veya gama ışınlarıyla uğraşmasına gerek yoktur. Aslında, uzaya maruz kaldığı bilinen organizmalar? en azından kısa vadede - bakteri ve liken. Bakterilerin biraz koruyucuya ihtiyacı vardır, bu yüzden UV tarafından kızartılmazlar, ancak liken koruyucu bir uzay giysisi olarak hareket etmek için yeterli biyokütleye sahiptir.
Ancak yerinde iyi bir bariyer olsa bile, bazen radyasyon hasarı meydana gelir. Liken ve bakteriler uzaydayken kış uykusuna yatar mı? normal yaşam işlevlerinin hiçbirinde büyümez, çoğalmaz veya bunlarla etkileşime girmezler. Dünya'ya döndükten sonra, bu hareketsiz durumdan çıkarlar ve eğer hasar verilirse, hücredeki proteinler radyasyonla parçalanan DNA ipliklerini parçalamak için çalışırlar.
Aynı hasar kontrolü, uranyum ve radyum gibi radyoaktif maddelere maruz kaldıklarında Dünya üzerindeki organizmalarda da görülür. Deinococcus radioduran bakteri, bu tür radyasyon onarımı söz konusu olduğunda hüküm süren şampiyondur. (Ancak tam onarım her zaman mümkün değildir, bu nedenle radyasyona maruz kalma genetik mutasyonlara veya ölüme yol açabilir.)
Rothchild, “D. radiodurans'ı alt etmenin sonsuz umuduyla yaşıyorum” diyor. Radyasyona dirençli mikroorganizmalar arayışı onu Avustralya'daki Paralana kaplıcalarına getirdi. Uranyum açısından zengin granit kayaları gama ışınları yayarken, ölümcül radon gazı sıcak sudan kabarır. Baharda yaşam yüksek radyasyona maruz kalıyor mu? her ikisi de, radyoaktif maddelerden ve yukarıdaki Avustralya güneşinin yoğun UV ışığından.
Rothschild kaplıca hakkında Macquarie Üniversitesi Avustralya Astrobiyoloji Merkezi'nden Roberto Anitori'den öğrendi. Anitori, 16S ribozomal RNA genlerini diziler ve radyoaktif sularda oldukça mutlu yaşayan bakterileri kültürler. Dünyadaki diğer organizmalar gibi, Paralana siyanobakteriler ve diğer mikroplar da kendilerini radyasyondan korumak için bariyerler tasarlamış olabilirler.
“Oradaki bazı mikrobik paspaslarda sert, neredeyse silikon benzeri bir tabaka fark ettim,” diyor Anitori. “Ve“ silikon benzeri ”dediğimde, pencere camı kenarlarında kullandığınız çeşit demek istiyorum.”
Anitori, “Olası koruma mekanizmalarının yanı sıra, Paralana'daki mikropların da iyi DNA onarım mekanizmalarına sahip olduğundan şüpheleniyorum. Şu anda, sadece Paralana organizmaları tarafından hayatta kalmak için kullanılan yöntemler hakkında spekülasyon yapabilir. Ancak, bu yıl radyasyon direnci stratejilerini yakından incelemeyi planlıyor.
Paralana'ya ek olarak, Rothschild’in araştırmaları onu Meksika ve Bolivya And Dağları'ndaki aşırı kurak bölgelere getirdi. Görüldüğü gibi, çöllerde yaşamak için evrimleşen birçok organizma, radyasyona maruz kalmayı sürdürmede de oldukça iyidir.
Uzun süreli su kaybı DNA hasarına neden olabilir, ancak bazı organizmalar bu hasarla mücadele etmek için etkili onarım sistemleri geliştirmiştir. Bu aynı dehidrasyon onarım sistemlerinin, organizmanın radyasyona bağlı hasarı onarması gerektiğinde kullanılması mümkündür.
Ancak bu tür organizmalar, sadece kurutularak tamamen zarar görmekten kaçınabilir. Kurutulmuş, hareketsiz hücrelerdeki su eksikliği, onları serbest su radikalleri (hidroksil veya OH radikali) üreterek hücrelere zarar verebilen iyonlaştırıcı radyasyonun etkilerine karşı daha az hassas hale getirir. Serbest radikallerin eşleşmemiş elektronları olduğundan, hevesle DNA, proteinler, hücre zarlarındaki lipitler ve bulabilecekleri her şeyle etkileşime girmeye çalışırlar. Ortaya çıkan enkaz organel yetmezliğine yol açabilir, hücre bölünmesini engelleyebilir veya hücre ölümüne neden olabilir.
İnsan hücrelerindeki suyun giderilmesi muhtemelen uzayda radyasyona maruz kalmamızı en aza indirgemek için pratik bir çözüm değildir. Bilim kurgu uzun zamandır insanları uzun uzay yolculukları için askıya alınmış animasyona sokma fikriyle oynamıştır, ancak insanları büzülmüş, kuru üzümlere dönüştürmek ve sonra onları tekrar hayata döndürmek tıbbi olarak mümkün değildir - ya da çok çekici değildir. Böyle bir prosedür geliştirebilsek bile, insan kuru üzümleri rehidre edildikten sonra tekrar radyasyon hasarına maruz kalabilirler.
Belki bir gün insanlara D. radiodurans gibi mikroorganizmalarla aynı süper radyasyon onarım sistemlerine sahip olmaları için genetik mühendisliği yapabiliriz. Ancak, insan genomu ile böyle bir müdahale mümkün olsa bile, bu dayanıklı organizmalar radyasyon hasarına yüzde 100 dirençli değildir, bu nedenle sağlık sorunları devam edecektir.
Yaşamın radyasyon hasarı ile mücadele etmek için tasarladığı bilinen üç mekanizmadan - engeller, onarım ve kuruma - insan uzay uçuşu için en pratik çözüm daha iyi radyasyon bariyerleri tasarlamak olacaktır. Anitori, Paralana Bahar organizmaları hakkındaki çalışmalarının bir gün bu tür engelleri tasarlamamıza yardımcı olabileceğini düşünüyor.
“Belki de doğa tarafından öğretilecek, mikropların kullandığı bazı koruma mekanizmalarını taklit edeceğiz” diyor.
Rothschild, ay, Mars ve diğer gezegenlerde topluluklar oluşturmaya çalışırken radyasyon çalışmalarının da bazı önemli dersler sağlayabileceğini söylüyor.
“İnsan kolonileri inşa etmeye başladığımızda, organizmaları da yanımızda götüreceğiz. Nihayetinde bitki yetiştirmek ve muhtemelen Mars'ta ve ayda bir atmosfer yapmak isteyeceksiniz. Onları tamamen UV ve kozmik radyasyondan korumak için çaba ve para harcamak istemeyebiliriz. ”
Ayrıca, Rothschild, “insanlar sadece mikroplarla dolu ve onlarsız hayatta kalamayız. Radyasyonun ilgili topluluk üzerinde ne gibi bir etkisi olacağını bilmiyoruz ve bu radyasyonun insanlar üzerindeki doğrudan etkisinden daha önemli bir sorun olabilir. ”
Çalışmalarının diğer dünyalarda yaşam arayışında da yararlı olacağına inanıyor. Evrendeki diğer organizmaların da karbon ve suya dayandığını varsayarsak, ne tür aşırı koşullarda hayatta kalabileceklerini varsayabiliriz.
Rothschild, “Dünya'da çevresel bir uç noktaya daha fazla ve daha fazla yaşayabilen bir organizma bulduğumuzda, yaşamın içinde hayatta kalabileceğini bildiğimiz zarfın boyutunu artırdık” diyor Rothschild. “Mars'ta belirli bir radyasyon akısı, kuruma ve sıcaklık olan bir yere gidersek,“ Dünya üzerinde bu koşullar altında yaşayabilen organizmalar var. Yaşamı orada yaşamaktan alıkoyan hiçbir şey yoktur. ”Şimdi, yaşamın orada olup olmadığı başka bir konudur, ama en azından bunun yaşam için asgari zarf olduğunu söyleyebiliriz.”
Örneğin, Rothschild, Mars'taki tuz kabuklarında yaşamın mümkün olabileceğini düşünüyor; bu, organizmaların güneş UV'sine karşı barınak bulduğu Dünya'daki tuz kabuklarına benzer. Ayrıca Dünya'da buz ve kar altında yaşayan hayata bakar ve organizmaların Jüpiter'in ay Europa'sının buzları altında nispeten radyasyondan korunan bir varlık yaşayabileceklerini merak eder.
Orijinal Kaynak: NASA Astrobiyoloji
