Mặt trời là nguồn phóng xạ chính cho sự sống trên Trái đất. Nhấn vào đây để phóng to
Du hành không gian có những nguy hiểm của nó. Một số động vật và thực vật đã tiến hóa che phủ hoặc sắc tố bảo vệ, nhưng một số dạng vi khuẩn thực sự có thể sửa chữa thiệt hại cho DNA của nó từ bức xạ. Du khách không gian trong tương lai có thể tận dụng các kỹ thuật này để giảm thiểu tác hại mà họ gặp phải khi tiếp xúc lâu.
Trong phim Star Wars và Star Trek, mọi người di chuyển giữa các hành tinh và thiên hà một cách dễ dàng. Nhưng tương lai của chúng ta trong không gian là xa đảm bảo. Các vấn đề của hyperdrive và worm worm sang một bên, có vẻ như cơ thể con người có thể chịu được sự tiếp xúc kéo dài với bức xạ khắc nghiệt của không gian bên ngoài.
Bức xạ đến từ nhiều nguồn. Ánh sáng từ mặt trời tạo ra một loạt các bước sóng từ tia hồng ngoại sóng dài đến tia cực tím bước sóng ngắn (UV). Bức xạ nền trong không gian bao gồm các tia X năng lượng cao, tia gamma và tia vũ trụ, tất cả đều có thể chơi tàn phá với các tế bào trong cơ thể chúng ta. Do bức xạ ion hóa như vậy dễ dàng xuyên qua các bức tường tàu vũ trụ và bộ đồ vũ trụ, các phi hành gia ngày nay phải giới hạn thời gian của họ trong không gian. Nhưng ở ngoài vũ trụ trong một thời gian ngắn thậm chí còn làm tăng đáng kể tỷ lệ phát triển ung thư, đục thủy tinh thể và các vấn đề sức khỏe liên quan đến bức xạ khác.
Để khắc phục vấn đề này, chúng ta có thể tìm thấy một số lời khuyên hữu ích trong tự nhiên. Nhiều sinh vật đã nghĩ ra các chiến lược hiệu quả để bảo vệ bản thân khỏi bức xạ.
Lynn Rothschild thuộc Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA nói rằng bức xạ luôn là mối nguy hiểm đối với sự sống trên Trái đất, và vì vậy, cuộc sống phải tìm cách đối phó với nó. Điều này đặc biệt quan trọng trong những năm đầu Trái đất, khi các thành phần cho sự sống lần đầu tiên xuất hiện cùng nhau. Do hành tinh của chúng ta ban đầu không có nhiều oxy trong khí quyển, nên nó cũng thiếu một lớp ozone (O3) để ngăn chặn bức xạ có hại. Đây là một lý do tại sao nhiều người tin rằng sự sống bắt nguồn từ dưới nước, vì nước có thể lọc ra các bước sóng ánh sáng có hại hơn.
Tuy nhiên quang hợp? Sự biến đổi của ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học? phát triển tương đối sớm trong lịch sử của cuộc sống. Các vi khuẩn quang hợp như vi khuẩn lam đã sử dụng ánh sáng mặt trời để chế biến thức ăn sớm nhất là 2,8 tỷ năm trước (và thậm chí có thể sớm hơn).
Do đó, cuộc sống ban đầu tham gia vào một hành động cân bằng tinh tế, học cách sử dụng bức xạ làm năng lượng trong khi bảo vệ bản thân khỏi những thiệt hại mà bức xạ có thể gây ra. Trong khi ánh sáng mặt trời không mạnh mẽ như tia X hoặc tia gamma, các bước sóng UV được hấp thụ tốt hơn bởi các cơ sở DNA và bởi các axit amin thơm của protein. Sự hấp thụ này có thể làm hỏng các tế bào và các chuỗi DNA mỏng manh mã hóa các hướng dẫn cho sự sống.
Vấn đề là, nếu bạn đang tiếp cận với bức xạ mặt trời để quang hợp, thì bạn đã phải đối mặt với điều tốt với điều xấu - bạn cũng đang phơi mình trước bức xạ tia cực tím, ông nói. Vì vậy, có rất nhiều thủ thuật khác nhau mà chúng ta nghĩ rằng cuộc sống ban đầu được sử dụng, như cuộc sống ngày nay.
Bên cạnh việc ẩn mình dưới nước lỏng, sự sống còn tận dụng các rào cản bức xạ UV tự nhiên khác như băng, cát, đá và muối. Khi các sinh vật tiếp tục phát triển, một số có thể phát triển các hàng rào bảo vệ của riêng chúng như sắc tố hoặc lớp vỏ cứng bên ngoài.
Nhờ các sinh vật quang hợp lấp đầy bầu khí quyển bằng oxy (và do đó tạo ra tầng ozone), hầu hết các sinh vật trên Trái đất ngày nay không cần phải chống lại tia UV-C, tia X hoặc tia gamma năng lượng cao từ không gian. Trong thực tế, các sinh vật duy nhất được biết để tồn tại tiếp xúc với không gian? ít nhất là trong ngắn hạn - là vi khuẩn và địa y. Vi khuẩn cần một số vật che chắn để chúng giành được rán bởi tia cực tím, nhưng địa y có đủ sinh khối để hoạt động như một không gian bảo vệ.
Nhưng ngay cả với một rào cản tốt tại chỗ, đôi khi thiệt hại bức xạ vẫn xảy ra. Địa y và vi khuẩn ngủ đông khi ở trong không gian? chúng không phát triển, sinh sản hoặc tham gia vào bất kỳ chức năng sống bình thường nào. Khi trở về Trái đất, chúng thoát khỏi trạng thái không hoạt động này và, nếu có thiệt hại gây ra, các protein trong tế bào sẽ hoạt động để ghép các chuỗi DNA bị phá vỡ bởi bức xạ.
Kiểm soát thiệt hại tương tự xảy ra với các sinh vật trên Trái đất khi chúng tiếp xúc với các vật liệu phóng xạ như uranium và radium. Vi khuẩn Deinococcus radiodurans là nhà vô địch trị vì khi sửa chữa bức xạ này. (Tuy nhiên, việc sửa chữa hoàn toàn không phải lúc nào cũng có thể xảy ra, đó là lý do tại sao phơi nhiễm phóng xạ có thể dẫn đến đột biến gen hoặc tử vong.)
Tôi sống trong niềm hy vọng vĩnh cửu về việc giải phóng D. radiodurans, anh nói. Việc tìm kiếm vi sinh vật kháng bức xạ đã đưa cô đến suối nước nóng Paralana ở Úc. Đá granit giàu Uranium phát ra tia gamma trong khi khí radon gây chết người nổi lên từ nước nóng. Cuộc sống vào mùa xuân do đó tiếp xúc với mức độ phóng xạ cao? cả bên dưới, từ các vật liệu phóng xạ, và ở trên, từ ánh sáng cực tím của mặt trời Úc.
Rothschild đã học về suối nước nóng từ Roberto Anitori của Đại học Macquarie Trung tâm Sinh học Sinh học Úc. Anitori đã giải trình tự các gen RNA ribosome 16S và nuôi cấy vi khuẩn sống khá hạnh phúc trong vùng nước phóng xạ. Giống như các sinh vật khác trên Trái đất, Paralana cyanobacteria và các vi khuẩn khác có thể đã nghĩ ra các rào cản để che chắn bản thân khỏi bức xạ.
Anitori đã nhận thấy một lớp cứng, gần giống như silicon trên một số thảm vi khuẩn ở đó, Anitori nói. Càng và khi tôi nói giống như silicon, thì ý tôi là cách bạn sử dụng trên viền cửa sổ.
Ngoài các cơ chế che chắn có thể, tôi nghi ngờ rằng các vi khuẩn tại Paralana cũng có cơ chế sửa chữa DNA tốt, theo Anitori. Hiện tại, anh chỉ có thể suy đoán về các phương pháp được sử dụng bởi các sinh vật Paralana để sinh tồn. Tuy nhiên, ông có kế hoạch điều tra chặt chẽ các chiến lược kháng bức xạ của họ vào cuối năm nay.
Ngoài Paralana, các cuộc điều tra của Rothschild đã đưa cô đến những vùng cực kỳ khô cằn ở Mexico và Andes Bolivian. Hóa ra, nhiều sinh vật tiến hóa để sống trong sa mạc cũng khá tốt trong việc tiếp xúc với bức xạ.
Mất nước kéo dài có thể gây ra thiệt hại DNA, nhưng một số sinh vật đã phát triển các hệ thống sửa chữa hiệu quả để chống lại thiệt hại này. Có thể các hệ thống sửa chữa mất nước tương tự được sử dụng khi sinh vật cần sửa chữa thiệt hại do bức xạ.
Nhưng những sinh vật như vậy có thể tránh được thiệt hại hoàn toàn chỉ bằng cách làm khô. Việc thiếu nước trong các tế bào không hoạt động, không hoạt động làm cho chúng ít bị ảnh hưởng bởi bức xạ ion hóa, có thể gây hại cho các tế bào bằng cách tạo ra các gốc tự do của nước (gốc hydroxyl hoặc OH). Bởi vì các gốc tự do có các electron chưa ghép cặp, chúng háo hức cố gắng tương tác với DNA, protein, lipid trong màng tế bào và bất cứ thứ gì khác mà chúng có thể tìm thấy. Các mảnh vỡ kết quả có thể dẫn đến thất bại cơ quan, phân chia tế bào hoặc gây chết tế bào.
Loại bỏ nước trong tế bào người có lẽ không phải là giải pháp thiết thực để chúng ta giảm thiểu phơi nhiễm phóng xạ trong không gian. Khoa học viễn tưởng từ lâu đã đùa giỡn với ý tưởng đưa con người vào hoạt hình lơ lửng trong những chuyến đi dài vào vũ trụ, nhưng biến con người thành nho khô, khô héo và sau đó bù nước cho chúng trở lại cuộc sống là điều có thể về mặt y tế - hoặc rất hấp dẫn. Ngay cả khi chúng ta có thể phát triển một quy trình như vậy, một khi nho khô của con người được bù nước, chúng sẽ lại dễ bị tổn thương do phóng xạ.
Có lẽ một ngày nào đó chúng ta có thể thiết kế gen cho con người để có các hệ thống sửa chữa siêu bức xạ tương tự như các vi sinh vật như D. radiodurans. Nhưng ngay cả khi có thể sửa đổi bộ gen của con người như vậy, những sinh vật cứng rắn đó có thể chống lại 100% khả năng chống lại bức xạ, vì vậy vấn đề sức khỏe sẽ vẫn còn.
Vì vậy, trong ba cơ chế được biết đến mà sự sống đã nghĩ ra để chống lại thiệt hại do phóng xạ - rào cản, sửa chữa và hút ẩm - giải pháp thiết thực nhất cho phi hành gia của con người sẽ là tạo ra các rào cản bức xạ tốt hơn. Anitori nghĩ rằng nghiên cứu của ông về các sinh vật Mùa xuân Paralana một ngày nào đó có thể giúp chúng tôi thiết kế các rào cản như vậy.
Có lẽ chúng ta sẽ được dạy bởi tự nhiên, bắt chước một số cơ chế che chắn được sử dụng bởi các vi khuẩn, theo ông.
Và Rothschild nói rằng các nghiên cứu về phóng xạ cũng có thể cung cấp một số bài học quan trọng khi chúng ta hướng tới việc thành lập các cộng đồng trên mặt trăng, sao Hỏa và các hành tinh khác.
Khi chúng tôi bắt đầu xây dựng các thuộc địa của con người, chúng tôi sẽ đưa các sinh vật theo chúng tôi. Cuối cùng, bạn sẽ muốn trồng cây và có thể tạo bầu khí quyển trên Sao Hỏa và trên mặt trăng. Chúng tôi có thể không muốn bỏ ra công sức và tiền bạc để bảo vệ họ hoàn toàn khỏi bức xạ tia cực tím và vũ trụ.
Ngoài ra, theo ông Rothschild, con người có rất nhiều vi khuẩn và chúng ta không thể sống sót mà không có chúng. Chúng tôi không biết bức xạ sẽ có ảnh hưởng gì đến cộng đồng liên quan đó và đó có thể là vấn đề hơn là ảnh hưởng trực tiếp của bức xạ đối với con người.
Cô tin rằng nghiên cứu của mình cũng sẽ hữu ích trong việc tìm kiếm sự sống trên thế giới khác. Giả sử rằng các sinh vật khác trong vũ trụ cũng dựa trên carbon và nước, chúng ta có thể định nghĩa loại điều kiện khắc nghiệt nào chúng có thể tồn tại.
Mỗi khi chúng ta tìm thấy một sinh vật trên Trái đất có thể sống ngày càng xa hơn trong môi trường khắc nghiệt, chúng ta đã tăng kích thước của phong bì của những gì chúng ta biết sự sống có thể tồn tại bên trong, theo ông Ruthschild. Vì vậy, nếu chúng ta đến một nơi trên Sao Hỏa có thông lượng bức xạ, hút ẩm và nhiệt độ nhất định, chúng ta có thể nói, Có những sinh vật trên Trái đất có thể sống trong những điều kiện đó. Không có gì ngăn cản cuộc sống ở đó. Bây giờ, dù cuộc sống có hay không là một vấn đề khác, nhưng ít nhất chúng ta có thể nói đây là phong bì tối thiểu cho cuộc sống.
Chẳng hạn, Rothschild cho rằng sự sống có thể xảy ra trong các lớp vỏ muối trên Sao Hỏa, tương tự như lớp vỏ muối trên Trái đất nơi sinh vật tìm nơi trú ẩn khỏi tia cực tím mặt trời. Cô cũng nhìn vào cuộc sống sống dưới băng và tuyết trên Trái đất, và tự hỏi liệu các sinh vật có thể sống một sự tồn tại tương đối được bảo vệ bằng bức xạ dưới lớp băng của mặt trăng sao Mộc Europa.
Nguồn gốc: NASA Astrobiology
