השמש היא מקור קרינה עיקרי לכל החיים בכדור הארץ. לחץ להגדלה
למסעות בחלל הסכנות שלה. בעלי חיים וצמחים מסוימים התפתחו כיסוי מגן או פיגמנטציה, אך צורות מסוימות של חיידקים יכולות למעשה לתקן נזק ל- DNA שלה מהקרינה. מטיילים בחלל עתידי עשויים לנצל טכניקות אלה כדי למזער את הפגיעה שהם חווים מחשיפה ארוכה.
בסרטי מלחמת הכוכבים וטרק המסע, אנשים נוסעים בקלות בין כוכבי לכת וגלקסיות. אבל העתיד שלנו בחלל רחוק מלהיות מובטח. בסוגיות של היפר-דרייב ותולעים בצד, לא נראה כי גוף האדם יכול לעמוד בחשיפה מורחבת לקרינה הקשה של החלל החיצון.
הקרינה מגיעה ממקורות רבים. אור מהשמש מייצר מגוון של אורכי גל, החל מ אינפרא אדום גל ארוך לאולטרה סגול באורך גל (UV). קרינת רקע בחלל מורכבת מצילומי רנטגן בעלי אנרגיה גבוהה, קרני גאמה וקרניים קוסמיות, שכולם יכולים לשחק הרס בתאים בגופנו. מכיוון שקרינה מייננת כזו חודרת בקלות לקירות וחלליות חלליות, על האסטרונאוטים כיום להגביל את זמנם בחלל. אולם הימצאותם בחלל החיצון למשך זמן קצר מגדילה מאוד את הסיכוי שלהם לפתח סרטן, קטרקט ובעיות בריאות אחרות הקשורות בקרינה.
כדי להתגבר על בעיה זו, אנו עשויים למצוא כמה טיפים שימושיים בטבע. אורגניזמים רבים כבר המציאו אסטרטגיות יעילות להגנה על עצמן מפני קרינה.
לין רוטשילד ממרכז המחקר של אמס של נאס"א אומרת שהקרינה תמיד הייתה סכנה לחיים על כדור הארץ, ולכן החיים נאלצו למצוא דרכים להתמודד איתם. זה היה חשוב במיוחד בשנים הראשונות של כדור הארץ, כאשר המרכיבים לחיים התכנסו לראשונה. מכיוון שבכוכב הלכת שלנו לא היה הרבה חמצן באטמוספירה, היה חסר לו גם שכבת אוזון (O3) כדי לחסום קרינה מזיקה. זו אחת הסיבות לכך שרבים מאמינים שהחיים מקורם מתחת למים, שכן מים יכולים לסנן את אורכי הגל המזיקים יותר של האור.
ובכל זאת פוטוסינתזה? הפיכת אור השמש לאנרגיה כימית? התפתח מוקדם יחסית בהיסטוריה של החיים. חיידקים פוטוסינתטיים כמו ציאנובקטריה השתמשו באור השמש לייצור מזון כבר לפני 2.8 מיליארד שנה (ואולי אפילו מוקדם יותר).
החיים המוקדמים עסקו אפוא במעשה איזון עדין, בו למדו כיצד להשתמש בקרינה לאנרגיה תוך שמירה על עצמם מפני הנזק שהקרינה עלולה לגרום. בעוד שמש השמש אינה אנרגטית כמו קרני רנטגן או קרני גמא, אורכי הגל האולטרה סגול נקלטים באופן עדיף על ידי בסיסי DNA ועל ידי חומצות אמינו ארומטיות של חלבונים. ספיגה זו עלולה לפגוע בתאים ובגדלי ה- DNA העדינים המקודדים את הוראות החיים.
"הבעיה היא שאם אתה הולך לגישה לקרינה סולארית לפוטוסינתזה, אתה צריך לקחת את הטוב עם הרע - אתה גם חושף את עצמך לקרינה האולטרה סגולה", אומר רוטשילד. "אז יש טריקים שונים שאנחנו חושבים שהחיים המוקדמים השתמשו בהם כמו החיים עושים היום."
מלבד מסתור מתחת למים נוזליים, החיים עושים שימוש במחסומי קרינת UV טבעיים אחרים כמו קרח, חול, סלעים ומלח. כאשר אורגניזמים המשיכו להתפתח, חלקם הצליחו לפתח מחסומי הגנה משלהם כמו פיגמנטציה או מעטפת חיצונית קשה.
בזכות אורגניזמים פוטוסינתטיים הממלאים את האטמוספרה בחמצן (ובכך מייצרים שכבת אוזון), רוב האורגניזמים על פני כדור הארץ כיום אינם צריכים להתמודד עם קרני UV-C אנרגיות גבוהות, קרני רנטגן או קרני גאמה מהחלל. למעשה, האורגניזמים היחידים הידועים כשרדו חשיפה לחלל? לפחות בטווח הקצר - הם חיידקים וחזזית. חיידקים זקוקים למיגון כלשהו כדי שהם לא יטגנו על ידי ה- UV, אך לחזוז יש מספיק ביומסה כדי לשמש כחליפת מגן.
אבל אפילו עם מחסום טוב במקום, לפעמים נזק לקרינה. החזז והחיידק מתרדמים בזמן שהם בחלל? הם לא צומחים, מתרבים או עוסקים באף אחד מתפקודי המחיה הרגילים שלהם. כשחזרו לכדור הארץ הם יוצאים ממצב הרדום הזה, ואם נגרם נזק, חלבונים בתא פועלים לחיבור גדילי DNA שנפרקו על ידי קרינה.
אותה בקרת נזק מתרחשת אצל אורגניזמים בכדור הארץ כאשר הם נחשפים לחומרים רדיואקטיביים כמו אורניום ורדיום. החיידק Deinococcus radiodurans הוא האלוף המכהן בכל הקשור לתיקון קרינה מסוג זה. עם זאת, לא תמיד ניתן לבצע תיקון מלא, וזו הסיבה שחשיפה לקרינה יכולה להוביל למוטציות גנטיות או למוות.)
"אני חי בתקווה נצחית לא להכות את רדידורנס", אומר רוטשילד. החיפוש שלה אחר מיקרואורגניזמים עמידים בפני קרינה הביא אותה למעיין החם של פרלנה באוסטרליה. סלעי גרניט עשירים באורניום פולטים קרני גאמה בזמן שגז ראדון קטלני מבעבע מהמים החמים. החיים באביב חשופים אפוא לרמות קרינה גבוהות? שניהם למטה, מהחומרים הרדיואקטיביים, ומעלה, מאור ה- UV העז של השמש האוסטרלית.
רוטשילד למד על המעיין החם מאת רוברטו אניטורי מהמרכז האוסטרולוגי של אוסטרוביולוגיה באוניברסיטת מקקארי. אניטורי רצף את גני ה- RNA ה- ribSomal 16S וטפח את החיידקים שחיים די באושר במים הרדיואקטיביים. בדומה לאורגניזמים אחרים בכדור הארץ, ייתכן שהציאנו-בקטריות של פרלנה ומיקרובים אחרים גילו חסמים שיגנו על עצמם מפני הקרינה.
"שמתי לב לשכבה קשוחה וכמעט דמויה סיליקון בכמה מחצלות המיקרוביום שם", אומרת אניטורי. "וכשאני אומר" כמו סיליקון ", אני מתכוון לסוג שאתה משתמש בשולי חלון."
"מלבד מנגנוני מיגון אפשריים, אני חושד שלמיקרובים בפרלנה יש גם מנגנוני תיקון DNA טובים", מוסיף אניטורי. כרגע הוא יכול רק לשער על השיטות בהן משתמשים האורגניזמים של פרלנה כדי לשרוד. עם זאת, הוא מתכנן לחקור מקרוב את האסטרטגיות שלהם להתנגדות קרינה בהמשך השנה.
בנוסף לפרלנה, החקירות של רוטשילד הביאו אותה לאזורים צחיחים ביותר במקסיקו ובאנדים הבוליביים. כפי שמתברר, אורגניזמים רבים שהתפתחו לחיות במדבריות גם די טובים בלשרוד חשיפה לקרינה.
אובדן מים ממושך עלול לגרום לנזק ל- DNA, אולם יש אורגניזמים שפיתחו מערכות תיקון יעילות כדי להילחם בנזק זה. ייתכן שאותן מערכות תיקון התייבשות משמשות כאשר האורגניזם צריך לתקן נזקים שנגרמו לקרינה.
אבל אורגניזמים כאלה עשויים להיות מסוגלים להימנע מנזק לחלוטין פשוט על ידי ייבוש. המחסור במים בתאים מיובשים ורדומים הופך אותם להרבה פחות רגישים להשפעות של קרינה מייננת, העלולים לפגוע בתאים על ידי הפקת רדיקלים חופשיים של מים (הידרוקסיל או רדיקל OH). מכיוון שלרדיקלים החופשיים יש אלקטרונים לא מותאמים, הם מנסים בשקיקה ליצור אינטראקציה עם DNA, חלבונים, ליפידים בקרומי התא וכל דבר אחר שהם יכולים למצוא. ההריסות שנוצרה עלולה להוביל לכישלון האברונים, לחסימת חלוקת תאים או לגרום למוות של תאים.
ביטול המים בתאים אנושיים הוא כנראה לא פיתרון מעשי עבורנו למזער את חשיפת הקרינה שלנו בחלל. מדע בדיוני השתעשע זה מכבר ברעיון להכניס אנשים לאנימציה מושעה למסעות חלל ארוכים, אבל הפיכת בני אדם לצימוקים מצומקים, מיובשים ואז לחדש אותם לחיים זה לא אפשרי מבחינה רפואית - או מושך מאוד. גם אם היינו יכולים לפתח נוהל כזה, ברגע שיובנו התייבשות מחדש של הצימוקים האנושיים הם שוב יהיו חשופים לנזקי קרינה.
אולי יום אחד נוכל להנדס גנטית לבני אדם את אותן מערכות לתיקון קרינת-על כמו מיקרואורגניזמים כמו D. radiodurans. אבל גם אם היה אפשרי להתעסק בצורה כזו עם הגנום האנושי, אותם אורגניזמים קשוחים אינם עמידים במאה אחוז בפני נזקי קרינה, כך שבעיות בריאות יימשכו.
כך ששלושת המנגנונים הידועים שהמציאו החיים כדי להילחם בנזקי קרינה - מחסומים, תיקון וייבוש - הפיתרון המעשי ביותר ביותר לזרימת חלל אנושית יהיה למצוא חסמי קרינה טובים יותר. אניטורי חושב שמחקריו על האורגניזמים של אביב פרלנה יכולים ביום מן הימים לעזור לנו להנדס חסמים כאלה.
"אולי נלמד אותנו מטבעו, ונחקה כמה ממנגנוני ההגנה המשמשים את החיידקים", הוא קובע.
ורוטשילד אומר שמחקרי קרינה יכולים גם לספק כמה שיעורים חשובים כאשר אנו מסתכלים על הקמת קהילות על הירח, מאדים וכוכבי לכת אחרים.
"כשאנחנו מתחילים לבנות מושבות אנושיות, אנחנו הולכים לקחת איתנו אורגניזמים. בסופו של דבר תרצו לגדל צמחים, ואולי ליצור אווירה במאדים ועל הירח. יתכן שלא נרצה לבזבז את המאמץ והכסף כדי להגן עליהם לחלוטין מפני קרינת ה- UV והקוסם. "
בנוסף, אומר רוטשילד, "בני אדם פשוט מלאים בחיידקים ולא יכולנו לשרוד בלעדיהם. איננו יודעים מה תהיה ההשפעה של הקרינה על אותה קהילה קשורה, וייתכן שזו בעיה יותר מאשר ההשפעה הישירה של הקרינה על בני האדם. "
היא מאמינה שהלימודים שלה יהיו מועילים גם בחיפוש אחר חיים בעולמות אחרים. בהנחה שאורגניזמים אחרים ביקום מבוססים גם על פחמן ומים, אנו יכולים להניח באיזה סוג תנאים קיצוניים הם יכולים לשרוד.
"בכל פעם שאנו מוצאים אורגניזם בכדור הארץ שיכול לחיות עוד ועוד לקצה סביבתי, הגדלנו את המעטפה ההיא של מה שאנחנו יודעים שהחיים יכולים לשרוד בתוכו", אומר רוטשילד. "אז אם ניסע למקום במאדים שיש בו שטף קרינה מסוים, יבוש וטמפרטורה, אנו יכולים לומר, 'ישנם אורגניזמים בכדור הארץ שיכולים לחיות בתנאים האלה. אין דבר שמונע מהחיים לחיות שם. 'עכשיו, אם החיים שם או לא זה עניין אחר, אבל לפחות אנחנו יכולים לומר שזו המעטפה המינימלית לחיים.'
לדוגמה, רוטשילד חושב שחיים יכולים להיות אפשריים בקרומי המלח במאדים, הדומים לקרומי מלח על כדור הארץ בהם אורגניזמים מוצאים מחסה מפני UV שמש. היא גם מסתכלת על החיים החיים תחת קרח ושלג בכדור הארץ, ותוהה אם אורגניזמים יכולים לחיות קיום מוגן קרינה יחסית תחת קרח ירח אירופה של צדק.
המקור המקורי: אסטרוביולוגיה של נאס"א
