الشمس هي مصدر رئيسي للإشعاع مدى الحياة على الأرض. اضغط للتكبير
مخاطر السفر على الفضاء. طورت بعض الحيوانات والنباتات غطاءً واقيًا أو تصبغًا ، لكن بعض أشكال البكتيريا يمكن أن تصلح تلف الحمض النووي الناتج عن الإشعاع. قد يستفيد المسافرون في الفضاء في المستقبل من هذه التقنيات لتقليل الضرر الذي يتعرضون له من التعرض الطويل.
في أفلام Star Wars و Star Trek ، يسافر الناس بين الكواكب والمجرات بسهولة. لكن مستقبلنا في الفضاء أبعد ما يكون عن التأكيد. وبصرف النظر عن مشاكل فرط محرك الأقراص وثقوب الدودة ، لا يبدو من الممكن أن يتحمل جسم الإنسان التعرض الطويل للإشعاع القاسي للفضاء الخارجي.
يأتي الإشعاع من مصادر عديدة. ينتج ضوء الشمس مجموعة من الأطوال الموجية من الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة إلى الأشعة فوق البنفسجية القصيرة الموجة. يتكون إشعاع الخلفية في الفضاء من أشعة إكس عالية الطاقة وأشعة جاما والأشعة الكونية ، والتي يمكن أن تؤدي جميعها إلى دمار مع الخلايا في أجسامنا. نظرًا لأن مثل هذا الإشعاع المؤين يخترق بسهولة جدران الفضاء والمركبات الفضائية ، يجب على رواد الفضاء اليوم تحديد وقتهم في الفضاء. لكن التواجد في الفضاء الخارجي لفترة قصيرة يزيد بشكل كبير من احتمالات الإصابة بالسرطان وإعتام عدسة العين وغيرها من المشاكل الصحية المتعلقة بالإشعاع.
للتغلب على هذه المشكلة ، قد نجد بعض النصائح المفيدة في الطبيعة. لقد ابتكرت العديد من الكائنات الحية بالفعل استراتيجيات فعالة لحماية نفسها من الإشعاع.
تقول لين روتشيلد من مركز أبحاث نايس أميس أن الإشعاع كان دائمًا يمثل خطرًا على الحياة على الأرض ، وبالتالي كان على الحياة أن تجد طرقًا للتعامل معه. كان هذا مهمًا بشكل خاص خلال السنوات الأولى من الأرض ، عندما كانت مكونات الحياة تتجمع معًا لأول مرة. نظرًا لأن كوكبنا لم يكن لديه في البداية الكثير من الأكسجين في الغلاف الجوي ، فقد افتقر أيضًا إلى طبقة الأوزون (O3) لحجب الإشعاع الضار. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل الكثيرين يعتقدون أن الحياة نشأت تحت الماء ، لأن الماء يمكن أن يصفي الأطوال الموجية الضارة للضوء.
بعد البناء الضوئي؟ تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية؟ تطورت مبكرًا نسبيًا في تاريخ الحياة. كانت الميكروبات الضوئية مثل البكتيريا الزرقاء تستخدم ضوء الشمس لصنع الطعام منذ 2.8 مليار سنة (وربما قبل ذلك).
لذلك انخرطت الحياة المبكرة في عمل توازن دقيق ، وتعلم كيفية استخدام الإشعاع للطاقة مع حماية نفسها من الضرر الذي يمكن أن يسببه الإشعاع. في حين أن ضوء الشمس ليس نشطًا مثل الأشعة السينية أو أشعة جاما ، يتم امتصاص الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية بشكل تفضيلي بواسطة قواعد الحمض النووي والأحماض الأمينية العطرية للبروتينات. يمكن أن يمتص هذا الامتصاص الخلايا وشرائط الحمض النووي الدقيقة التي ترمز تعليمات الحياة.
يقول روتشيلد: "المشكلة هي أنه إذا كنت ستصل إلى الإشعاع الشمسي لعملية التمثيل الضوئي ، فعليك أن تأخذ الخير مع السيئ - فأنت تعرض نفسك أيضًا للأشعة فوق البنفسجية". "لذا هناك العديد من الحيل التي نعتقد أنها تستخدمها الحياة المبكرة ، كما تفعل الحياة اليوم".
إلى جانب الاختباء تحت الماء السائل ، تستخدم الحياة حواجز الأشعة فوق البنفسجية الطبيعية الأخرى مثل الجليد والرمل والصخور والملح. مع استمرار تطور الكائنات الحية ، تمكن البعض من تطوير حواجز واقية خاصة بهم مثل التصبغ أو قشرة خارجية صلبة.
بفضل الكائنات التركيبية الضوئية التي تملأ الغلاف الجوي بالأكسجين (وبالتالي تولد طبقة الأوزون) ، لا تحتاج معظم الكائنات الحية الموجودة على الأرض اليوم إلى التعامل مع الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة أو الأشعة السينية أو أشعة جاما من الفضاء. في الواقع ، الكائنات الحية الوحيدة التي عرفت البقاء على قيد الحياة في الفضاء؟ على المدى القصير على الأقل - هي البكتيريا والحزاز. تحتاج البكتيريا إلى بعض الدرع حتى لا يتم قليها بواسطة الأشعة فوق البنفسجية ، لكن الأشنة لديها ما يكفي من الكتلة الحيوية لتكون بمثابة بدلة فضائية واقية.
ولكن حتى مع وجود حاجز جيد ، يحدث ضرر إشعاعي في بعض الأحيان. الحزاز والبكتيريا السبات في الفضاء؟ إنهم لا ينمون أو يتكاثرون أو يشاركون في أي من وظائفهم المعيشية الطبيعية. عند العودة إلى الأرض ، يخرجون من هذه الحالة الخاملة ، وإذا حدث تلف ، تعمل البروتينات في الخلية لتجميع خيوط الحمض النووي التي تم تفكيكها بواسطة الإشعاع.
يحدث نفس التحكم في الضرر مع الكائنات الحية على الأرض عندما تتعرض للمواد المشعة مثل اليورانيوم والراديوم. إن بكتريا Deinococcus radiodurans هي البطل السائد عندما يتعلق الأمر بهذا النوع من الإصلاح الإشعاعي. (لا يمكن دائمًا الإصلاح الكامل ، ولهذا السبب يمكن أن يؤدي التعرض للإشعاع إلى طفرات جينية أو الوفاة.)
يقول روثتشايلد: "أعيش في أمل أبدي في إقصاء د. راديورانس". جلبها بحثها عن الكائنات الحية الدقيقة المقاومة للإشعاع إلى Paralana ينبوع ساخن في أستراليا. تطلق صخور الجرانيت الغنية باليورانيوم أشعة غاما بينما تتسبب فقاعات غاز الرادون القاتلة في ارتفاع المياه الساخنة. لذلك تتعرض الحياة في الربيع لمستويات عالية من الإشعاع؟ في الأسفل ، من المواد المشعة وما فوق ، من ضوء الأشعة فوق البنفسجية المكثف للشمس الأسترالية.
علم روتشيلد عن الينبوع الساخن من روبرتو أنيتوري من المركز الأسترالي لعلم الأحياء الفلكية بجامعة ماكواري. يقوم Anitori بتسلسل جينات RS الريبوزومية 16S وزراعة البكتيريا التي تعيش بسعادة تامة في المياه المشعة. مثل الكائنات الحية الأخرى على الأرض ، قد تكون بكتيريا بارالانا الزرقاء والميكروبات الأخرى قد وضعت حواجز لحماية نفسها من الإشعاع.
يقول أنيتوري: "لقد لاحظت وجود طبقة صلبة تشبه السيليكون تقريبًا على بعض الحصير الميكروبي هناك". "وعندما أقول" يشبه السيليكون "، أعني الفرز الذي تستخدمه في حواف النافذة."
يضيف أنيتوري: "بصرف النظر عن آليات الحماية المحتملة ، أعتقد أن الميكروبات في بارالانا لديها أيضًا آليات جيدة لإصلاح الحمض النووي". في الوقت الحالي ، يمكنه فقط التكهن بالطرق التي تستخدمها كائنات Paralana من أجل البقاء. ومع ذلك ، فإنه يخطط لإجراء تحقيق دقيق في استراتيجيات مقاومة الإشعاع الخاصة بهم في وقت لاحق من هذا العام.
بالإضافة إلى بارالانا ، نقلتها تحقيقات روتشيلد إلى مناطق شديدة الجفاف في المكسيك وجبال الأنديز البوليفية. كما اتضح ، فإن العديد من الكائنات الحية التي تطورت للعيش في الصحاري جيدة أيضًا في النجاة من التعرض للإشعاع.
يمكن أن يؤدي فقد المياه لفترة طويلة إلى تلف الحمض النووي ، لكن بعض الكائنات الحية طورت أنظمة إصلاح فعالة لمكافحة هذا الضرر. من الممكن أن يتم استخدام أنظمة إصلاح الجفاف نفسها عندما يحتاج الكائن الحي إلى إصلاح الضرر الناجم عن الإشعاع.
لكن هذه الكائنات قد تكون قادرة على تجنب الضرر تمامًا بمجرد تجفيفها. إن نقص المياه في الخلايا المجففة والخاملة يجعلها أقل عرضة لتأثيرات الإشعاع المؤين ، والتي يمكن أن تضر الخلايا عن طريق إنتاج الجذور الحرة للماء (هيدروكسيل أو جذر OH). نظرًا لأن الجذور الحرة تحتوي على إلكترونات غير متزاوجة ، فإنها تحاول بشغف التفاعل مع الحمض النووي والبروتينات والدهون في أغشية الخلايا وأي شيء آخر يمكنهم العثور عليه. يمكن أن يؤدي الحطام الناتج إلى فشل العضية ، أو انقسام الخلايا ، أو التسبب في موت الخلية.
ربما لا يكون القضاء على الماء في الخلايا البشرية حلاً عمليًا لتقليل تعرضنا للإشعاع في الفضاء. لطالما تلاعب الخيال العلمي بفكرة وضع الناس في الرسوم المتحركة المعلقة لرحلات الفضاء الطويلة ، ولكن تحويل البشر إلى زبيب مجفّف ومجفف ثم إعادة ترطيبهم إلى الحياة ليس ممكنًا طبيًا - أو جذابًا جدًا. حتى لو تمكنا من تطوير مثل هذا الإجراء ، بمجرد أن يتم إعادة تجفيف الزبيب البشري ، فستكون مرة أخرى عرضة للتلف الإشعاعي.
ربما في يوم من الأيام يمكننا هندسة البشر وراثيًا للحصول على نفس أنظمة الإصلاح الإشعاعي الفائقة مثل الكائنات الحية الدقيقة مثل D. radiodurans. ولكن حتى لو كان هذا العبث بالجينوم البشري ممكنًا ، فإن هذه الكائنات الصلبة لا تقاوم الأضرار الإشعاعية بنسبة 100٪ ، لذلك تستمر المشاكل الصحية.
لذا ، من بين الآليات الثلاث المعروفة التي ابتكرتها الحياة لمكافحة الضرر الإشعاعي - الحواجز والإصلاح والتجفيف - فإن الحل العملي الأقرب لرحلات الفضاء البشرية هو ابتكار حواجز إشعاعية أفضل. يعتقد أنيتوري أن دراساته عن كائنات بارالانا سبرينغ يمكن أن تساعدنا يومًا ما في هندسة مثل هذه الحواجز.
"ربما سنتعلم من الطبيعة ، محاكين بعض آليات الحماية التي تستخدمها الميكروبات ،" يقول.
ويقول روتشيلد إن الدراسات الإشعاعية يمكن أن تقدم أيضًا بعض الدروس المهمة بينما نتطلع إلى إنشاء مجتمعات على القمر والمريخ والكواكب الأخرى.
"عندما نبدأ في بناء مستعمرات بشرية ، سنأخذ الكائنات الحية معنا. سترغب في نهاية المطاف في زراعة النباتات ، وربما تصنع جوًا على المريخ وعلى القمر. قد لا نرغب في إنفاق الجهد والمال لحمايتهم تمامًا من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة الكونية. "
بالإضافة إلى ذلك ، يقول روتشيلد ، "البشر مليئون بالميكروبات ، ولا يمكننا العيش بدونها. لا نعرف تأثير الإشعاع على هذا المجتمع المرتبط ، وقد يكون ذلك مشكلة أكثر من التأثير المباشر للإشعاع على البشر ".
إنها تعتقد أن دراستها ستكون مفيدة أيضًا في البحث عن الحياة في عوالم أخرى. بافتراض أن الكائنات الحية الأخرى في الكون تعتمد أيضًا على الكربون والماء ، يمكننا افتراض نوع الظروف القاسية التي يمكن أن تعيش فيها.
يقول روتشيلد: "في كل مرة نجد فيها كائنًا حيًا على الأرض يمكنه أن يعيش أبعد وأبعد في أقصى الظروف البيئية ، نزيد من حجم هذا الظرف لما نعرف أن الحياة يمكن أن تعيش فيه". "إذا ذهبنا إلى مكان على كوكب المريخ يحتوي على تدفق إشعاعي وتجفيف ودرجة حرارة معينة ، يمكننا القول ،" هناك كائنات حية على الأرض يمكن أن تعيش في ظل هذه الظروف. ليس هناك ما يمنع الحياة من العيش هناك. "الآن ، سواء كانت الحياة موجودة أم لا ، هناك مسألة أخرى ، ولكن على الأقل يمكننا أن نقول أن هذا هو الحد الأدنى لمظروف الحياة".
على سبيل المثال ، يعتقد روتشيلد أن الحياة يمكن أن تكون ممكنة في قشور الملح على المريخ ، والتي تشبه قشور الملح على الأرض حيث تجد الكائنات الحية مأوى من الأشعة فوق البنفسجية الشمسية. كما أنها تنظر إلى الحياة التي تعيش تحت الجليد والثلوج على الأرض ، وتتساءل عما إذا كانت الكائنات الحية يمكن أن تعيش وجودًا محميًا نسبيًا من الإشعاع تحت جليد قمر المشتري أوروبا.
المصدر الأصلي: علم الأحياء الفلكي التابع لناسا
