ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดรังสีที่สำคัญสำหรับชีวิตบนโลก คลิกเพื่อดูภาพขยาย
เดินทางไปในอวกาศมีอันตราย สัตว์และพืชบางชนิดมีการพัฒนาการหุ้มหรือการสร้างเม็ดสี แต่แบคทีเรียบางชนิดสามารถซ่อมแซมความเสียหายของ DNA จากรังสีได้ นักเดินทางในอวกาศในอนาคตอาจใช้ประโยชน์จากเทคนิคเหล่านี้เพื่อลดอันตรายที่พวกเขาได้รับจากการสัมผัสเป็นเวลานาน
ในภาพยนตร์ Star Wars และ Star Trek ผู้คนเดินทางระหว่างดาวเคราะห์และกาแลกซี่ได้อย่างง่ายดาย แต่อนาคตของเราในอวกาศยังห่างไกลจากความมั่นใจ ปัญหาของ Hyperdrive และ Wormholes กันมันไม่ได้เป็นไปได้ว่าร่างกายมนุษย์สามารถทนต่อการสัมผัสกับรังสีรุนแรงจากอวกาศ
การแผ่รังสีมาจากหลายแหล่ง แสงจากดวงอาทิตย์สร้างช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่อินฟราเรดคลื่นยาวไปจนถึงรังสีอัลตราไวโอเลตระยะสั้น (UV) รังสีพื้นหลังในอวกาศประกอบด้วยรังสีเอกซ์พลังงานสูงรังสีแกมม่าและรังสีคอสมิกซึ่งทั้งหมดสามารถเล่นความเสียหายกับเซลล์ในร่างกายของเรา เนื่องจากการแผ่รังสีไอออไนซ์เช่นนี้สามารถทะลุกำแพงยานอวกาศและอวกาศได้อย่างง่ายดายนักบินอวกาศในทุกวันนี้จึงต้อง จำกัด เวลาในอวกาศ แต่การอยู่นอกอวกาศเป็นเวลาสั้น ๆ ก็เพิ่มโอกาสที่จะเป็นมะเร็งต้อกระจกและปัญหาสุขภาพอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับรังสี
เพื่อเอาชนะปัญหานี้เราอาจพบเคล็ดลับที่เป็นประโยชน์ในธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตมากมายได้วางแผนกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพเพื่อป้องกันตนเองจากรังสี
ลินน์รอ ธ ไชลด์จากศูนย์วิจัยของนาซ่าอาเมสกล่าวว่าการแผ่รังสีเป็นอันตรายต่อชีวิตบนโลกเสมอดังนั้นชีวิตจึงต้องหาวิธีรับมือกับมัน สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในช่วงปีแรก ๆ ของโลกเมื่อส่วนผสมสำหรับชีวิตมารวมกันเป็นครั้งแรก เนื่องจากในตอนแรกดาวเคราะห์ของเราไม่มีออกซิเจนจำนวนมากในชั้นบรรยากาศจึงยังขาดชั้นโอโซน (O3) เพื่อป้องกันรังสีที่เป็นอันตราย นี่คือเหตุผลหนึ่งที่หลายคนเชื่อว่าชีวิตเกิดขึ้นใต้น้ำเนื่องจากน้ำสามารถกรองความยาวคลื่นของแสงที่สร้างความเสียหายได้มากขึ้น
ยังมีการสังเคราะห์ด้วยแสง? การเปลี่ยนแปลงของแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมี? การพัฒนาค่อนข้างเร็วในประวัติศาสตร์ของชีวิต จุลินทรีย์สังเคราะห์แสงเช่นไซยาโนแบคทีเรียใช้แสงอาทิตย์ในการทำอาหารให้เร็วที่สุดเท่าที่ 2.8 พันล้านปีก่อน (และอาจเป็นไปได้ก่อนหน้านี้)
ชีวิตในวัยเด็กจึงมีส่วนร่วมในการสร้างสมดุลที่ละเอียดอ่อนเรียนรู้วิธีการใช้รังสีเป็นพลังงานในขณะที่ปกป้องตัวเองจากความเสียหายที่รังสีอาจทำให้เกิด ในขณะที่แสงแดดไม่กระฉับกระเฉงเหมือนกับรังสีเอกซ์หรือรังสีแกมมา แต่ความยาวคลื่นรังสียูวีจะถูกดูดซับได้ดีกว่าโดยฐานของ DNA และกรดอะมิโนอะโรมาติกของโปรตีน การดูดซึมนี้สามารถทำลายเซลล์และดีเอ็นเอที่ละเอียดอ่อนซึ่งเข้ารหัสคำแนะนำสำหรับชีวิต
“ ปัญหาคือถ้าคุณจะเข้าถึงการแผ่รังสีแสงอาทิตย์เพื่อการสังเคราะห์แสงคุณต้องรับผลประโยชน์จากความเลว - คุณจะต้องเปิดเผยตัวเองต่อรังสีอุลตร้าไวโอเล็ต” Rothschild กล่าว “ ดังนั้นจึงมีเทคนิคต่าง ๆ ที่เราคิดว่าใช้ชีวิตช่วงต้นชีวิตเหมือนวันนี้”
นอกเหนือจากการซ่อนตัวอยู่ใต้น้ำของเหลวชีวิตยังใช้ประโยชน์จากอุปสรรครังสียูวีตามธรรมชาติอื่น ๆ เช่นน้ำแข็งทรายหินและเกลือ เมื่อสิ่งมีชีวิตยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องบางคนสามารถพัฒนากำแพงป้องกันของตัวเองเช่นผิวคล้ำหรือเปลือกนอกที่แข็งแรง
ด้วยสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงที่เติมออกซิเจนในบรรยากาศ (และทำให้เกิดเป็นชั้นโอโซน) สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่บนโลกในปัจจุบันไม่จำเป็นต้องต่อสู้กับรังสี UV-C พลังงานสูงรังสีเอกซ์หรือรังสีแกมม่าจากอวกาศ ในความเป็นจริงสิ่งมีชีวิตเพียงอย่างเดียวที่รู้กันว่ารอดจากการสัมผัสกับอวกาศ อย่างน้อยในระยะสั้น - เป็นแบคทีเรียและตะไคร่น้ำ แบคทีเรียต้องการการป้องกันบางอย่างดังนั้นพวกเขาจะไม่ได้รับรังสี UV แต่ไลเคนมีชีวมวลเพียงพอที่จะทำหน้าที่ป้องกันอวกาศ
แต่ถึงแม้จะมีสิ่งกีดขวางที่ดีบางครั้งความเสียหายจากรังสีก็เกิดขึ้น ตะไคร่และแบคทีเรียจำศีลขณะอยู่ในอวกาศ? พวกเขาไม่เติบโตทำซ้ำหรือมีส่วนร่วมในการดำรงชีวิตตามปกติ เมื่อกลับสู่โลกพวกมันจะออกจากสภาวะที่นิ่งเฉยและหากมีความเสียหายเกิดขึ้นโปรตีนในเซลล์จะรวมตัวกันเป็นเส้นดีเอ็นเอที่แตกสลายโดยการแผ่รังสี
การควบคุมความเสียหายแบบเดียวกันนั้นเกิดขึ้นกับสิ่งมีชีวิตบนโลกเมื่อพวกมันสัมผัสกับสารกัมมันตรังสีเช่นยูเรเนียมและเรเดียม แบคทีเรีย Deinococcus radiodurans เป็นแชมป์ครองราชย์เมื่อมันมาถึงการซ่อมแซมรังสีแบบนี้ (การซ่อมแซมที่สมบูรณ์นั้นไม่สามารถทำได้เสมอไปซึ่งเป็นสาเหตุที่การได้รับรังสีสามารถนำไปสู่การกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมหรือการตาย
“ ฉันมีชีวิตอยู่ในความหวังชั่วนิรันดร์ที่จะกำจัด D. radiodurans,” Rothchild กล่าว การค้นหาจุลินทรีย์ที่ทนต่อรังสีได้พาเธอไปที่น้ำพุร้อน Paralana ในออสเตรเลีย หินแกรนิตที่อุดมไปด้วยยูเรเนียมเปล่งรังสีแกมม่าในขณะที่ก๊าซเรดอนถึงตายจะลอยขึ้นมาจากน้ำร้อน ดังนั้นชีวิตในฤดูใบไม้ผลิจึงได้รับรังสีระดับสูงหรือไม่? ทั้งด้านล่างจากวัสดุกัมมันตรังสีและด้านบนจากแสง UV ที่รุนแรงของดวงอาทิตย์ของออสเตรเลีย
Rothschild เรียนรู้เกี่ยวกับบ่อน้ำร้อนจาก Roberto Anitori ของศูนย์วิจัยโหราศาสตร์มหาวิทยาลัย Macquarie แห่งมหาวิทยาลัย Macquarie Anitori ได้รับการจัดลำดับยีน 16S ribosomal RNA และเพาะเลี้ยงแบคทีเรียที่อาศัยอยู่อย่างมีความสุขในน่านน้ำที่มีกัมมันตภาพรังสี เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ บนโลก Paralana cyanobacteria และจุลินทรีย์อื่น ๆ อาจมีอุปสรรคในการป้องกันตัวเองจากรังสี
“ ฉันสังเกตุเห็นชั้นที่มีความเหนียวและเกือบเหมือนซิลิโคนอยู่บนเสื่อจุลินทรีย์บางตัวที่นั่น” Anitori กล่าว “ และเมื่อฉันพูดว่า“ เหมือนซิลิกอน” ฉันหมายถึงการเรียงลำดับที่คุณใช้ในการขยายขอบหน้าต่าง”
“ นอกเหนือจากกลไกการป้องกันที่เป็นไปได้ฉันสงสัยว่าจุลินทรีย์ที่ Paralana มีกลไกการซ่อมแซมดีเอ็นเอที่ดีด้วย” Anitori กล่าวเสริม ในขณะนี้เขาสามารถคาดเดาได้เฉพาะวิธีการที่สิ่งมีชีวิต Paralana ใช้เพื่อความอยู่รอด อย่างไรก็ตามเขาวางแผนที่จะตรวจสอบกลยุทธ์การต้านทานรังสีของพวกเขาอย่างใกล้ชิดในปลายปีนี้
นอกจาก Paralana แล้วการสืบสวนของ Rothschild ยังนำเธอไปสู่ภูมิภาคที่แห้งแล้งอย่างยิ่งในเม็กซิโกและโบลิเวียแอนดีส เมื่อปรากฎว่าสิ่งมีชีวิตจำนวนมากที่วิวัฒนาการมาเพื่ออาศัยอยู่ในทะเลทรายก็ค่อนข้างดีที่รอดชีวิตจากการได้รับรังสี
การสูญเสียน้ำเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดความเสียหายของ DNA แต่สิ่งมีชีวิตบางอย่างได้พัฒนาระบบการซ่อมแซมที่มีประสิทธิภาพเพื่อต่อสู้กับความเสียหายนี้ เป็นไปได้ว่าระบบซ่อมแซมการคายน้ำเดียวกันเหล่านี้จะใช้เมื่อสิ่งมีชีวิตต้องการซ่อมแซมความเสียหายที่เกิดจากการแผ่รังสี
แต่สิ่งมีชีวิตดังกล่าวอาจสามารถหลีกเลี่ยงความเสียหายโดยสิ้นเชิงเพียงแค่ทำให้แห้ง การขาดน้ำในเซลล์ที่ถูกทำให้เฉื่อยทำให้เซลล์ที่อยู่เฉยๆทำให้ไม่ไวต่อผลกระทบของการแผ่รังสีซึ่งสามารถทำลายเซลล์โดยการสร้างอนุมูลอิสระของน้ำ (ไฮดรอกซิลหรืออนุมูลอิสระ OH) เนื่องจากอนุมูลอิสระมีอิเล็กตรอน unpaired พวกเขาพยายามที่จะโต้ตอบกับ DNA, โปรตีน, ไขมันในเยื่อหุ้มเซลล์และสิ่งอื่น ๆ ที่พวกเขาสามารถหาได้ ซากปรักหักพังที่เกิดขึ้นสามารถนำไปสู่ความล้มเหลวของอวัยวะ, ป้องกันการแบ่งเซลล์หรือทำให้เซลล์ตาย
การกำจัดน้ำในเซลล์มนุษย์อาจไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาในทางปฏิบัติสำหรับเราในการลดการได้รับรังสีในอวกาศ นิยายวิทยาศาสตร์มีแนวคิดมานานแล้วว่าจะทำให้ผู้คนกลายเป็นแอนิเมชั่นที่ถูกแขวนไว้สำหรับการเดินทางในอวกาศเป็นเวลานาน แต่เปลี่ยนมนุษย์ให้กลายเป็นลูกเกดที่แห้งเหือดและแห้งแล้ง แม้ว่าเราจะสามารถพัฒนากระบวนการดังกล่าวได้ แต่เมื่อลูกเกดของมนุษย์ถูกคืนสภาพร่างกายพวกเขาก็จะไวต่อความเสียหายจากรังสีอีกครั้ง
บางทีสักวันหนึ่งเราสามารถสร้างพันธุวิศวกรรมมนุษย์ให้มีระบบการซ่อมแซมรังสีแบบซุปเปอร์เช่นเดียวกับจุลินทรีย์เช่น D. radiodurans แต่ถึงแม้ว่าการซ่อมแซมด้วยจีโนมดังกล่าวเป็นไปได้ แต่สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นทนต่อความเสียหายจากรังสีได้ 100 เปอร์เซ็นต์ดังนั้นปัญหาสุขภาพจะยังคงอยู่
ดังนั้นจากกลไกทั้งสามที่ทราบกันดีว่าชีวิตได้คิดค้นเพื่อต่อสู้กับความเสียหายจากรังสี - อุปสรรคการซ่อมแซมและการผึ่งให้แห้ง - ทางออกที่ใช้งานได้จริงที่สุดสำหรับยานอวกาศของมนุษย์คือการออกแบบกำแพงรังสีที่ดีกว่า Anitori คิดว่าการศึกษาของเขาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตในฤดูใบไม้ผลิ Paralana สามารถช่วยเรากำหนดสิ่งกีดขวางเหล่านั้นได้
“ บางทีเราอาจได้รับการสอนจากธรรมชาติเลียนแบบกลไกการป้องกันบางอย่างที่จุลินทรีย์ใช้” เขากล่าว
และ Rothschild กล่าวว่าการศึกษาการฉายรังสียังสามารถให้บทเรียนที่สำคัญบางอย่างเมื่อเรามองไปที่การสร้างชุมชนบนดวงจันทร์, ดาวอังคารและดาวเคราะห์ดวงอื่น
“ เมื่อเราเริ่มสร้างอาณานิคมของมนุษย์เราจะนำสิ่งมีชีวิตติดตัวไปด้วย ในที่สุดคุณจะต้องการปลูกพืชและอาจสร้างบรรยากาศบนดาวอังคารและบนดวงจันทร์ เราอาจไม่ต้องการใช้ความพยายามและเงินเพื่อปกป้องพวกเขาอย่างสมบูรณ์จากรังสียูวีและรังสีคอสมิก”
นอกจากนี้ Rothschild กล่าวว่า“ มนุษย์เต็มไปด้วยจุลินทรีย์และเราไม่สามารถอยู่รอดได้หากปราศจากพวกมัน เราไม่ทราบว่าจะมีผลกระทบต่อรังสีในชุมชนที่เกี่ยวข้องนั้นอย่างไรและนั่นอาจเป็นปัญหามากกว่าผลกระทบโดยตรงจากรังสีต่อมนุษย์”
เธอเชื่อว่าการศึกษาของเธอจะเป็นประโยชน์ในการค้นหาชีวิตบนโลกอื่น สมมติว่าสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในเอกภพมีพื้นฐานมาจากคาร์บอนและน้ำเราสามารถกำหนดเงื่อนไขที่รุนแรงที่สุดที่พวกมันสามารถอยู่รอดได้
“ ทุกครั้งที่เราพบสิ่งมีชีวิตบนโลกที่สามารถมีชีวิตอยู่ต่อไปและไกลออกไปสู่สภาพแวดล้อมสุดขั้วเราได้เพิ่มขนาดของซองจดหมายนั้นในสิ่งที่เรารู้ว่าชีวิตสามารถอยู่รอดได้ภายใน” รอ ธ ไชลด์กล่าว “ ดังนั้นถ้าเราไปยังสถานที่บนดาวอังคารที่มีฟลักซ์การแผ่รังสีความร้อนและอุณหภูมิเราสามารถพูดได้ว่า ‘มีสิ่งมีชีวิตบนโลกที่สามารถอยู่ภายใต้เงื่อนไขเหล่านั้นได้ ไม่มีอะไรที่ขัดขวางชีวิตจากการอยู่ที่นั่น ’ไม่ว่าชีวิตจะมีหรือไม่มีเรื่องอื่น แต่อย่างน้อยเราก็สามารถพูดได้ว่านี่คือซองจดหมายขั้นต่ำสำหรับชีวิต”
ตัวอย่างเช่น Rothschild คิดว่าชีวิตอาจเป็นไปได้ในเปลือกเกลือบนดาวอังคารซึ่งคล้ายกับเปลือกเกลือบนโลกที่สิ่งมีชีวิตหาที่หลบภัยจากแสงอาทิตย์ UV นอกจากนี้เธอยังดูชีวิตที่อาศัยอยู่ภายใต้น้ำแข็งและหิมะบนโลกและสงสัยว่าสิ่งมีชีวิตสามารถมีชีวิตที่ได้รับการปกป้องจากรังสีภายใต้น้ำแข็งของดวงจันทร์ยูโรปาของจูปิเตอร์
แหล่งที่มาเดิม: นาซา
