Matahari adalah sumber radiasi utama bagi kehidupan di Bumi. Klik untuk membesarkan
Perjalanan ruang angkasa mempunyai bahaya. Beberapa haiwan dan tumbuh-tumbuhan telah berkembang sebagai pelindung atau pigmentasi, tetapi sebilangan bakteria sebenarnya dapat memperbaiki kerosakan DNAnya dari radiasi. Pengembara ruang angkasa masa depan mungkin memanfaatkan teknik ini untuk meminimumkan bahaya yang mereka dapat dari pendedahan yang lama.
Dalam filem Star Wars dan Star Trek, orang melakukan perjalanan antara planet dan galaksi dengan mudah. Tetapi masa depan kita di angkasa jauh tidak terjamin. Mengenai masalah hyperdrive dan lubang cacing, nampaknya tubuh manusia tidak dapat menahan pendedahan yang berpanjangan terhadap radiasi luar angkasa yang keras.
Sinaran datang dari banyak sumber. Cahaya dari matahari menghasilkan jarak panjang gelombang dari inframerah gelombang panjang hingga ultraviolet panjang gelombang pendek (UV). Latar belakang sinaran di ruang angkasa terdiri daripada sinar-X bertenaga tinggi, sinar gamma dan sinar kosmik, yang semuanya dapat bermain-main dengan sel-sel di dalam tubuh kita. Oleh kerana sinaran pengion seperti itu mudah menembusi dinding kapal angkasa dan ruang angkasa, angkasawan hari ini mesti menghadkan masa mereka di angkasa. Tetapi berada di luar angkasa bahkan untuk waktu yang singkat sangat meningkatkan kemungkinan mereka menghidap barah, katarak, dan masalah kesihatan yang berkaitan dengan radiasi.
Untuk mengatasi masalah ini, kita mungkin dapati beberapa petua berguna secara semula jadi. Banyak organisma telah merancang strategi yang berkesan untuk melindungi diri dari radiasi.
Lynn Rothschild dari Pusat Penyelidikan Ames NASA mengatakan bahawa radiasi selalu menjadi bahaya bagi kehidupan di Bumi, dan oleh itu kehidupan harus mencari cara untuk mengatasinya. Perkara ini sangat penting pada tahun-tahun awal Bumi, ketika bahan-bahan kehidupan mula-mula bersatu. Kerana planet kita pada awalnya tidak memiliki banyak oksigen di atmosfer, planet ini juga tidak memiliki lapisan ozon (O3) untuk menyekat sinaran berbahaya. Inilah salah satu sebab mengapa banyak orang percaya kehidupan berasal dari bawah air, kerana air dapat menyaring panjang gelombang cahaya yang lebih merosakkan.
Namun fotosintesis? transformasi cahaya matahari menjadi tenaga kimia? berkembang agak awal dalam sejarah kehidupan. Mikrob fotosintetik seperti cyanobacteria menggunakan cahaya matahari untuk membuat makanan seawal 2.8 bilion tahun yang lalu (dan mungkin juga lebih awal).
Oleh itu, kehidupan awal terlibat dalam tindakan penyeimbangan yang halus, belajar bagaimana menggunakan radiasi untuk tenaga sambil melindungi dirinya dari kerosakan yang dapat disebabkan oleh radiasi. Walaupun cahaya matahari tidak begitu bertenaga seperti sinar-X atau sinar gamma, panjang gelombang UV diserap oleh asas DNA dan oleh asid amino aromatik protein. Penyerapan ini boleh merosakkan sel dan helai DNA halus yang menyandi petunjuk kehidupan.
"Masalahnya adalah, jika anda akan mengakses sinaran suria untuk fotosintesis, anda harus mengambil yang baik dengan yang buruk - anda juga mendedahkan diri anda pada sinaran ultraviolet," kata Rothschild. "Jadi ada pelbagai muslihat yang kita fikir kehidupan awal digunakan, seperti kehidupan hari ini."
Selain bersembunyi di bawah air cair, kehidupan menggunakan penghalang sinaran UV semula jadi lain seperti ais, pasir, batu, dan garam. Ketika organisma terus berkembang, beberapa dapat mengembangkan penghalang pelindung mereka sendiri seperti pigmentasi atau cangkang luar yang keras.
Berkat organisma fotosintetik yang mengisi atmosfera dengan oksigen (dan dengan itu menghasilkan lapisan ozon), kebanyakan organisma di Bumi hari ini tidak perlu bersaing dengan sinaran UV-C, sinar-X atau sinar gamma dari angkasa. Sebenarnya, satu-satunya organisma yang diketahui dapat bertahan dari pendedahan ruang? sekurang-kurangnya dalam jangka pendek - adalah bakteria dan lichen. Bakteria memerlukan pelindung supaya tidak digoreng oleh UV, tetapi lichen mempunyai cukup biomas untuk bertindak sebagai pelindung pakaian.
Tetapi walaupun terdapat penghalang yang baik, kadang-kadang kerosakan radiasi juga berlaku. Lichen dan bakteria berhibernasi semasa berada di ruang angkasa? mereka tidak tumbuh, membiak, atau terlibat dalam fungsi kehidupan normal mereka. Sekembalinya ke Bumi, mereka keluar dari keadaan tidak aktif ini dan, jika ada kerosakan yang terjadi, protein di dalam sel berfungsi untuk mengumpulkan helai DNA yang dipecah oleh radiasi.
Pengendalian kerosakan yang sama berlaku dengan organisma di Bumi apabila mereka terdedah kepada bahan radioaktif seperti uranium dan radium. Bakteria Deinococcus radiodurans adalah juara utama dalam hal pembaikan radiasi semacam ini. (Pembaikan lengkap tidak selalu mungkin, bagaimanapun, sebab itulah pendedahan radiasi boleh menyebabkan mutasi genetik atau kematian.)
"Saya hidup dengan harapan abadi untuk mengalahkan D. radiodurans," kata Rothchild. Pencariannya untuk mikroorganisma tahan radiasi telah membawanya ke sumber air panas Paralana di Australia. Batu granit yang kaya dengan uranium memancarkan sinar gamma sementara gas radon mematikan keluar dari air panas. Oleh itu, kehidupan pada musim bunga terdedah kepada tahap radiasi yang tinggi? kedua-duanya di bawah, dari bahan radioaktif, dan di atas, dari cahaya UV yang kuat dari sinar matahari Australia.
Rothschild belajar mengenai mata air panas dari Roberto Anitori dari Pusat Astrobiologi Australia Universiti Macquarie. Anitori telah mengurutkan gen RNA ribosom 16S dan membiakkan bakteria yang hidup cukup bahagia di perairan radioaktif. Seperti organisma lain di Bumi, Paralana cyanobacteria dan mikroba lain mungkin telah membuat rintangan untuk melindungi diri dari radiasi.
"Saya telah melihat lapisan yang hampir seperti silikon yang keras pada beberapa tikar mikroba di sana," kata Anitori. "Dan ketika saya mengatakan" seperti silikon, "maksud saya jenis yang anda gunakan pada tepi tingkap."
"Terlepas dari kemungkinan mekanisme pelindung, saya mengesyaki mikroba di Paralana juga memiliki mekanisme pembaikan DNA yang baik," tambah Anitori. Pada masa ini, dia hanya dapat membuat spekulasi tentang kaedah yang digunakan oleh organisma Paralana untuk bertahan hidup. Namun, dia memang merancang untuk menyelidiki strategi ketahanan radiasi mereka pada akhir tahun ini.
Selain Paralana, penyelidikan Rothschild telah membawanya ke wilayah yang sangat gersang di Mexico dan Andes Bolivia. Ternyata, banyak organisma yang berevolusi untuk hidup di padang pasir juga cukup baik dalam bertahan dari pendedahan radiasi.
Kehilangan air yang berpanjangan boleh menyebabkan kerosakan DNA, tetapi beberapa organisma telah mengembangkan sistem pembaikan yang cekap untuk mengatasi kerosakan ini. Ada kemungkinan sistem pembaikan dehidrasi yang sama ini digunakan apabila organisma perlu memperbaiki kerosakan yang disebabkan oleh radiasi.
Tetapi organisma seperti itu mungkin dapat mengelakkan kerosakan sama sekali hanya dengan dikeringkan. Kekurangan air dalam sel kering dan kering menjadikannya kurang rentan terhadap kesan sinaran pengion, yang dapat membahayakan sel dengan menghasilkan radikal bebas air (hidroksil atau radikal OH). Kerana radikal bebas mempunyai elektron yang tidak berpasangan, mereka bersemangat untuk berinteraksi dengan DNA, protein, lipid dalam membran sel, dan apa sahaja yang dapat mereka temui. Bangkai kapal yang terhasil boleh menyebabkan kegagalan organel, menyekat pembelahan sel, atau menyebabkan kematian sel.
Menghilangkan air dalam sel manusia mungkin bukan penyelesaian praktikal bagi kita untuk meminimumkan pendedahan radiasi kita di angkasa. Fiksyen ilmiah telah lama bermain dengan idea untuk memasukkan manusia ke dalam animasi yang ditangguhkan untuk perjalanan jarak jauh, tetapi mengubah manusia menjadi kismis yang kering dan kering kemudian menghidratnya kembali ke kehidupan tidak mungkin secara perubatan - atau sangat menarik. Sekalipun kita dapat melakukan prosedur seperti itu, setelah kismis manusia dihidrat, mereka akan kembali rentan terhadap kerusakan akibat radiasi.
Mungkin suatu hari nanti kita dapat merekayasa manusia secara genetik untuk memiliki sistem pembaikan radiasi super yang sama dengan mikroorganisma seperti D. radiodurans. Tetapi walaupun hal itu dapat dilakukan dengan genom manusia, organisma tahan lasak itu tidak 100% tahan terhadap kerosakan radiasi, jadi masalah kesihatan akan berlanjutan.
Oleh itu, dari tiga mekanisme yang diketahui bahawa kehidupan telah merancang untuk memerangi kerosakan radiasi - penghalang, pembaikan, dan pengeringan - penyelesaian praktikal yang paling cepat untuk penerbangan angkasa manusia adalah dengan merancang penghalang radiasi yang lebih baik. Anitori berpendapat bahawa kajiannya mengenai organisma Paralana Spring suatu hari nanti dapat membantu kita membuat rintangan seperti itu.
"Mungkin kita akan diajar secara semula jadi, meniru beberapa mekanisme pelindung yang digunakan oleh mikroba," katanya.
Dan Rothschild mengatakan kajian radiasi juga dapat memberikan beberapa pelajaran penting ketika kita melihat ke arah mewujudkan masyarakat di bulan, Marikh, dan planet lain.
"Ketika kita mula membina koloni manusia, kita akan membawa organisma bersama kita. Anda akhirnya ingin menanam tanaman, dan mungkin membuat suasana di Marikh dan bulan. Kami mungkin tidak mahu menghabiskan usaha dan wang untuk melindungi mereka sepenuhnya dari sinaran UV dan kosmik. "
Sebagai tambahan, kata Rothschild, "manusia hanya penuh dengan mikroba, dan kita tidak dapat bertahan tanpanya. Kami tidak tahu apa kesan radiasi terhadap komuniti yang berkaitan, dan itu mungkin lebih banyak masalah daripada kesan langsung radiasi pada manusia. "
Dia yakin pelajarannya juga akan berguna dalam mencari kehidupan di dunia lain. Dengan mengandaikan bahawa organisma lain di alam semesta juga berdasarkan karbon dan air, kita dapat menduga keadaan ekstrem seperti mana mereka dapat bertahan hidup.
"Setiap kali kita menjumpai organisma di Bumi yang dapat hidup lebih jauh dan melampaui lingkungan, kita akan meningkatkan ukuran sampul dari apa yang kita tahu kehidupan dapat bertahan di dalamnya," kata Rothschild. "Jadi, jika kita pergi ke suatu tempat di Marikh yang memiliki fluks, pengeringan, dan suhu radiasi tertentu, kita dapat mengatakan," Ada organisma di Bumi yang dapat hidup dalam keadaan seperti itu. Tidak ada yang menghalangi hidup dari tinggal di sana. 'Sekarang, sama ada kehidupan ada atau tidak adalah perkara lain, tetapi sekurang-kurangnya kita dapat mengatakan bahawa ini adalah sampul minimum untuk hidup. "
Sebagai contoh, Rothschild berpendapat bahawa hidup mungkin terjadi di kerak garam di Marikh, yang serupa dengan kerak garam di Bumi di mana organisma mendapat perlindungan dari sinar matahari UV. Dia juga melihat kehidupan yang hidup di bawah ais dan salji di Bumi, dan bertanya-tanya apakah organisma dapat hidup dengan keberadaan yang dilindungi oleh radiasi di bawah es bulan Musytari Europa.
Sumber Asal: Astrobiologi NASA
