Il sole è una delle principali fonti di radiazioni per la vita sulla Terra. clicca per ingrandire
I viaggi nello spazio hanno i suoi pericoli. Alcuni animali e piante hanno sviluppato una copertura protettiva o una pigmentazione, ma alcune forme di batteri possono effettivamente riparare i danni al suo DNA dalle radiazioni. I futuri viaggiatori nello spazio potrebbero trarre vantaggio da queste tecniche per ridurre al minimo i danni che potrebbero derivare dalla lunga esposizione.
Nei film di Star Wars e Star Trek, le persone viaggiano con facilità tra pianeti e galassie. Ma il nostro futuro nello spazio è tutt'altro che assicurato. A parte i problemi di hyperdrive e wormholes, non sembra possibile che il corpo umano possa resistere a un'esposizione prolungata alle dure radiazioni dello spazio esterno.
Le radiazioni provengono da molte fonti. La luce del sole produce una gamma di lunghezze d'onda dall'infrarosso a onda lunga all'ultravioletto a lunghezza d'onda corta (UV). Le radiazioni di fondo nello spazio sono composte da raggi X, raggi gamma e raggi cosmici ad alta energia, che possono tutti creare scompiglio con le cellule del nostro corpo. Poiché tale radiazione ionizzante penetra facilmente nelle pareti dei veicoli spaziali e nelle tute spaziali, oggi gli astronauti devono limitare il loro tempo nello spazio. Ma essere nello spazio esterno anche per un breve periodo aumenta notevolmente le probabilità di sviluppare cancro, cataratta e altri problemi di salute legati alle radiazioni.
Per ovviare a questo problema, possiamo trovare alcuni suggerimenti utili in natura. Molti organismi hanno già escogitato strategie efficaci per proteggersi dalle radiazioni.
Lynn Rothschild del NASA Ames Research Center afferma che le radiazioni sono sempre state un pericolo per la vita sulla Terra, e quindi la vita ha dovuto trovare il modo di affrontarla. Ciò è stato particolarmente importante durante i primi anni della Terra, quando gli ingredienti per la vita si erano riuniti per la prima volta. Poiché inizialmente il nostro pianeta non aveva molto ossigeno nell'atmosfera, mancava anche uno strato di ozono (O3) per bloccare le radiazioni nocive. Questo è uno dei motivi per cui molti credono che la vita sia nata sott'acqua, poiché l'acqua può filtrare le lunghezze d'onda più dannose della luce.
Eppure la fotosintesi? la trasformazione della luce solare in energia chimica? sviluppato relativamente presto nella storia della vita. I microbi fotosintetici come i cianobatteri usavano la luce solare per produrre cibo già 2,8 miliardi di anni fa (e forse anche prima).
La prima infanzia, quindi, si è impegnata in un delicato atto di bilanciamento, imparando come usare le radiazioni per l'energia e proteggendosi dai danni che le radiazioni potrebbero causare. Mentre la luce solare non è energica come i raggi X o i raggi gamma, le lunghezze d'onda UV sono assorbite preferenzialmente dalle basi del DNA e dagli aminoacidi aromatici delle proteine. Questo assorbimento può danneggiare le cellule e i delicati filamenti di DNA che codificano le istruzioni per la vita.
"Il problema è che se hai accesso alla radiazione solare per la fotosintesi, devi prendere il buono con il male - ti esponi anche alle radiazioni ultraviolette", afferma Rothschild. "Quindi ci sono vari trucchi che pensiamo siano stati utilizzati dai primi anni, come la vita oggi".
Oltre a nascondersi sotto l'acqua liquida, la vita fa uso di altre barriere naturali alle radiazioni UV come ghiaccio, sabbia, rocce e sale. Mentre gli organismi continuavano ad evolversi, alcuni furono in grado di sviluppare le proprie barriere protettive come la pigmentazione o un guscio esterno resistente.
Grazie agli organismi fotosintetici che riempiono l'atmosfera di ossigeno (e quindi generano uno strato di ozono), la maggior parte degli organismi sulla Terra oggi non ha bisogno di fare i conti con raggi UV-C, raggi X o raggi gamma ad alta energia provenienti dallo spazio. In effetti, gli unici organismi conosciuti per sopravvivere all'esposizione spaziale? almeno a breve termine - sono batteri e licheni. I batteri hanno bisogno di un po 'di schermatura per non essere fritti dall'UV, ma il lichene ha abbastanza biomassa da fungere da tuta spaziale protettiva.
Ma anche con una buona barriera in atto, a volte si verificano danni da radiazioni. Il lichene e i batteri vanno in letargo nello spazio? non crescono, si riproducono o si impegnano in nessuna delle loro normali funzioni viventi. Al ritorno sulla Terra, escono da questo stato dormiente e, in caso di danni inflitti, le proteine nella cellula lavorano per riunire i filamenti di DNA che sono stati separati dalle radiazioni.
Lo stesso controllo dei danni si verifica con gli organismi sulla Terra quando sono esposti a materiali radioattivi come l'uranio e il radio. Il batterio Deinococcus radiodurans è il campione in carica quando si tratta di questo tipo di riparazione delle radiazioni. (La riparazione completa non è sempre possibile, motivo per cui l'esposizione alle radiazioni può portare a mutazioni genetiche o morte.)
"Vivo nella speranza eterna di non raddrizzare i radiodurani D.", afferma Rothchild. La sua ricerca di microrganismi resistenti alle radiazioni l'ha portata nella primavera calda di Paralana in Australia. Le rocce di granito ricche di uranio emettono raggi gamma mentre gas di radon letale fuoriesce dall'acqua calda. La vita in primavera è quindi esposta a livelli elevati di radiazioni? sia sotto, dai materiali radioattivi, sia sopra, dall'intensa luce UV del sole australiano.
Rothschild venne a conoscenza della sorgente di acqua calda da Roberto Anitori del Centro australiano di astrobiologia della Macquarie University. Anitori ha sequenziato i geni dell'RNA ribosomiale 16S e ha coltivato i batteri che vivono abbastanza felicemente nelle acque radioattive. Come altri organismi sulla Terra, i cianobatteri Paralana e altri microbi possono aver ideato barriere per proteggersi dalle radiazioni.
"Ho notato uno strato resistente, quasi simile al silicone, su alcuni dei tappetini microbici lì", afferma Anitori. "E quando dico" silicon-like "intendo il tipo che usi sul bordo del riquadro della finestra."
"Oltre ai possibili meccanismi di schermatura, sospetto che i microbi di Paralana abbiano anche buoni meccanismi di riparazione del DNA", aggiunge Anitori. Al momento, può solo speculare sui metodi utilizzati dagli organismi Paralana per sopravvivere. Tuttavia, ha in programma di studiare da vicino le loro strategie di resistenza alle radiazioni entro la fine dell'anno.
Oltre a Paralana, le indagini di Rothschild l'hanno portata in regioni estremamente aride del Messico e delle Ande boliviane. A quanto pare, molti organismi che si sono evoluti per vivere nei deserti sono anche abbastanza bravi a sopravvivere all'esposizione alle radiazioni.
Una perdita d'acqua prolungata può causare danni al DNA, ma alcuni organismi hanno sviluppato sistemi di riparazione efficienti per combattere questo danno. È possibile che questi stessi sistemi di riparazione della disidratazione vengano utilizzati quando l'organismo ha bisogno di riparare i danni causati dalle radiazioni.
Ma tali organismi possono essere in grado di evitare del tutto il danno semplicemente asciugandosi. La mancanza di acqua nelle cellule essiccate e dormienti le rende molto meno suscettibili agli effetti delle radiazioni ionizzanti, che possono danneggiare le cellule producendo radicali liberi dell'acqua (idrossile o radicale OH). Poiché i radicali liberi hanno elettroni spaiati, cercano con impazienza di interagire con DNA, proteine, lipidi nelle membrane cellulari e qualsiasi altra cosa riescano a trovare. Il relitto risultante può portare al fallimento dell'organello, bloccare la divisione cellulare o causare la morte cellulare.
L'eliminazione dell'acqua nelle cellule umane non è probabilmente una soluzione pratica per noi per ridurre al minimo la nostra esposizione alle radiazioni nello spazio. La fantascienza ha a lungo giocato con l'idea di mettere le persone in animazione sospesa per lunghi viaggi nello spazio, ma trasformare gli umani in uvetta avvizzita e secca e poi reidratarli in vita non è possibile dal punto di vista medico - o molto allettante. Anche se potessimo sviluppare tale procedura, una volta reidratate le uvette umane sarebbero nuovamente suscettibili al danno da radiazioni.
Forse un giorno potremo ingegnerizzare geneticamente gli umani per avere gli stessi sistemi di riparazione delle radiazioni super di microrganismi come D. radiodurans. Ma anche se fosse possibile armeggiare con il genoma umano, quegli organismi resistenti non sono resistenti al 100% ai danni da radiazioni, quindi i problemi di salute persisterebbero.
Quindi dei tre meccanismi noti che la vita ha escogitato per combattere il danno da radiazioni - barriere, riparazione e essiccamento - la soluzione più immediata per il volo spaziale umano sarebbe quella di escogitare migliori barriere di radiazione. Anitori pensa che i suoi studi sugli organismi della primavera di Paralana potrebbero un giorno aiutarci a progettare tali barriere.
"Forse ci verrà insegnato dalla natura, imitando alcuni dei meccanismi di schermatura utilizzati dai microbi", afferma.
E Rothschild afferma che anche gli studi sulle radiazioni potrebbero fornire alcune lezioni importanti mentre guardiamo alla creazione di comunità sulla Luna, su Marte e su altri pianeti.
"Quando inizieremo a costruire colonie umane, porteremo con noi gli organismi. Alla fine vorrai far crescere le piante e possibilmente creare un'atmosfera su Marte e sulla luna. Potremmo non voler spendere gli sforzi e i soldi per proteggerli completamente dai raggi UV e dalle radiazioni cosmiche. "
Inoltre, afferma Rothschild, "gli umani sono solo pieni di microbi e non potremmo sopravvivere senza di loro. Non sappiamo quale effetto avranno le radiazioni su quella comunità associata e che potrebbe essere più un problema che l'effetto diretto delle radiazioni sugli esseri umani ".
Crede che anche i suoi studi saranno utili nella ricerca della vita su altri mondi. Supponendo che anche altri organismi nell'universo siano basati su carbonio e acqua, possiamo postulare in che tipo di condizioni estreme potrebbero sopravvivere.
"Ogni volta che troviamo un organismo sulla Terra che può vivere sempre più in un estremo ambientale, abbiamo aumentato le dimensioni di quell'involucro di ciò che sappiamo che la vita può sopravvivere all'interno", afferma Rothschild. “Quindi se andiamo in un luogo su Marte che ha un certo flusso di radiazioni, essiccazione e temperatura, possiamo dire: 'Ci sono organismi sulla Terra che possono vivere in quelle condizioni. Non c'è nulla che precluda la vita di vivere lì. "Ora, se la vita è lì o no è un'altra questione, ma almeno possiamo dire che questa è la busta minima per la vita."
Ad esempio, Rothschild pensa che la vita potrebbe essere possibile nelle croste di sale su Marte, che sono simili alle croste di sale sulla Terra dove gli organismi trovano rifugio dai raggi solari UV. Osserva anche la vita che vive sotto il ghiaccio e la neve sulla Terra e si chiede se gli organismi possano vivere un'esistenza relativamente protetta dalle radiazioni sotto il ghiaccio dell'Europa della luna di Giove.
Fonte originale: NASA Astrobiology
