Matahari adalah sumber utama radiasi bagi kehidupan di Bumi. klik untuk memperbesar
Perjalanan ruang angkasa memiliki bahaya. Beberapa hewan dan tumbuhan telah mengembangkan lapisan pelindung atau pigmentasi, tetapi beberapa bentuk bakteri sebenarnya dapat memperbaiki kerusakan DNA-nya dari radiasi. Pelancong ruang angkasa masa depan mungkin mengambil keuntungan dari teknik ini untuk meminimalkan bahaya yang mereka dapatkan dari paparan yang lama.
Dalam film Star Wars dan Star Trek, orang-orang bepergian antara planet dan galaksi dengan mudah. Tetapi masa depan kita di ruang angkasa jauh dari pasti. Mengesampingkan masalah hyperdrive dan lubang cacing, tampaknya tidak mungkin bahwa tubuh manusia bisa tahan terhadap paparan radiasi yang keras dari luar angkasa.
Radiasi berasal dari banyak sumber. Cahaya dari matahari menghasilkan kisaran panjang gelombang dari inframerah gelombang panjang hingga ultraviolet gelombang pendek (UV). Radiasi latar belakang di ruang angkasa terdiri dari sinar-X berenergi tinggi, sinar gamma, dan sinar kosmik, yang semuanya dapat memainkan malapetaka dengan sel-sel dalam tubuh kita. Karena radiasi pengion seperti itu dengan mudah menembus dinding pesawat ruang angkasa dan pakaian luar angkasa, para astronot hari ini harus membatasi waktu mereka di ruang angkasa. Tetapi berada di luar angkasa bahkan untuk waktu yang singkat sangat meningkatkan peluang mereka terkena kanker, katarak, dan masalah kesehatan terkait radiasi lainnya.
Untuk mengatasi masalah ini, kami mungkin menemukan beberapa tip berguna di alam. Banyak organisme telah memiliki strategi yang efektif untuk melindungi diri dari radiasi.
Lynn Rothschild dari NASA Ames Research Center mengatakan bahwa radiasi selalu menjadi bahaya bagi kehidupan di Bumi, sehingga kehidupan harus menemukan cara untuk mengatasinya. Ini sangat penting selama tahun-tahun awal Bumi, ketika bahan-bahan untuk kehidupan pertama kali berkumpul. Karena planet kita pada awalnya tidak memiliki banyak oksigen di atmosfer, planet ini juga tidak memiliki lapisan ozon (O3) untuk menghalangi radiasi berbahaya. Ini adalah salah satu alasan mengapa banyak orang percaya bahwa kehidupan berasal dari dalam air, karena air dapat menyaring panjang gelombang cahaya yang lebih merusak.
Belum berfotosintesis? transformasi sinar matahari menjadi energi kimia? dikembangkan relatif awal dalam sejarah kehidupan. Mikroba fotosintetik seperti cyanobacteria menggunakan sinar matahari untuk membuat makanan sedini 2,8 miliar tahun yang lalu (dan mungkin bahkan lebih awal).
Karena itu, kehidupan awal terlibat dalam tindakan penyeimbangan yang rumit, mempelajari cara menggunakan radiasi untuk energi sambil melindungi diri dari kerusakan yang disebabkan oleh radiasi. Sementara sinar matahari tidak seenergi sinar-X atau sinar gamma, panjang gelombang UV lebih disukai diserap oleh basa DNA dan oleh asam amino aromatik protein. Penyerapan ini dapat merusak sel dan untai DNA halus yang menyandikan instruksi untuk kehidupan.
"Masalahnya adalah, jika Anda akan mengakses radiasi matahari untuk fotosintesis, Anda harus mengambil yang baik dengan yang buruk - Anda juga membuka diri terhadap radiasi ultraviolet," kata Rothschild. "Jadi ada berbagai trik yang menurut kami digunakan oleh kehidupan awal, seperti yang dilakukan kehidupan saat ini."
Selain bersembunyi di bawah air cair, kehidupan memanfaatkan hambatan radiasi UV alami lainnya seperti es, pasir, batu, dan garam. Ketika organisme terus berevolusi, beberapa mampu mengembangkan penghalang pelindung mereka sendiri seperti pigmentasi atau kulit luar yang keras.
Berkat organisme fotosintetik yang mengisi atmosfer dengan oksigen (dan karenanya menghasilkan lapisan ozon), sebagian besar organisme di Bumi saat ini tidak perlu bersaing dengan sinar UV-C energi tinggi, sinar-X atau sinar gamma dari luar angkasa. Bahkan, satu-satunya organisme yang diketahui selamat dari paparan ruang angkasa? setidaknya dalam jangka pendek - adalah bakteri dan lumut. Bakteri membutuhkan pelindung sehingga mereka tidak akan digoreng oleh UV, tetapi lumut memiliki cukup biomassa untuk bertindak sebagai antariksa pelindung.
Tetapi bahkan dengan penghalang yang baik di tempat, kadang-kadang kerusakan radiasi terjadi. Lumut dan bakteri berhibernasi saat berada di ruang angkasa? mereka tidak tumbuh, berkembang biak, atau terlibat dalam fungsi kehidupan normal mereka. Setelah kembali ke Bumi, mereka keluar dari keadaan tidak aktif ini dan, jika ada kerusakan yang ditimbulkan, protein dalam sel bekerja untuk menyatukan untaian DNA yang dipecah oleh radiasi.
Kontrol kerusakan yang sama terjadi dengan organisme di Bumi ketika mereka terpapar bahan radioaktif seperti uranium dan radium. Bakteri Deinococcus radiodurans adalah juara bertahan dalam hal perbaikan radiasi semacam ini. (Perbaikan total tidak selalu memungkinkan, oleh karena itu paparan radiasi dapat menyebabkan mutasi genetik atau kematian.)
“Saya hidup dalam harapan abadi untuk menjatuhkan D. radioduran,” kata Rothchild. Pencariannya akan mikroorganisme tahan radiasi telah membawanya ke sumber air panas Paralana di Australia. Batuan granit kaya uranium memancarkan sinar gamma sementara gelembung gas radon mematikan naik dari air panas. Karena itu, kehidupan di musim semi terpapar radiasi tingkat tinggi? baik di bawah, dari bahan radioaktif, dan di atas, dari sinar UV yang intens dari matahari Australia.
Rothschild belajar tentang sumber air panas dari Roberto Anitori dari Pusat Australia untuk Astrobiologi Universitas Macquarie. Anitori telah mengurutkan gen RNA ribosomal 16S dan membiakkan bakteri yang hidup cukup bahagia di perairan radioaktif. Seperti organisme lain di Bumi, Paralana cyanobacteria dan mikroba lain mungkin telah menemukan penghalang untuk melindungi diri dari radiasi.
“Saya telah memperhatikan lapisan yang keras, hampir seperti silikon di beberapa tikar mikroba di sana,” kata Anitori. "Dan ketika saya mengatakan" seperti silikon, "maksud saya jenis yang Anda gunakan di tepi jendela."
"Terlepas dari kemungkinan mekanisme perisai, saya menduga bahwa mikroba di Paralana juga memiliki mekanisme perbaikan DNA yang baik," tambah Anitori. Saat ini, ia hanya bisa berspekulasi tentang metode yang digunakan oleh organisme Paralana untuk bertahan hidup. Namun, ia berencana untuk menyelidiki secara dekat strategi resistensi radiasi mereka akhir tahun ini.
Selain Paralana, investigasi Rothschild telah membawanya ke daerah yang sangat kering di Meksiko dan Andes Bolivia. Ternyata, banyak organisme yang berevolusi untuk hidup di padang pasir juga cukup baik dalam bertahan dari paparan radiasi.
Kehilangan air yang berkepanjangan dapat menyebabkan kerusakan DNA, tetapi beberapa organisme telah mengembangkan sistem perbaikan yang efisien untuk memerangi kerusakan ini. Mungkin saja sistem perbaikan dehidrasi yang sama digunakan ketika organisme perlu memperbaiki kerusakan yang ditimbulkan oleh radiasi.
Tetapi organisme seperti itu mungkin dapat menghindari kerusakan sama sekali hanya dengan dikeringkan. Kurangnya air dalam sel-sel yang kering dan tidak aktif membuat sel-sel tersebut jauh lebih rentan terhadap efek radiasi pengion, yang dapat membahayakan sel-sel dengan menghasilkan radikal air yang bebas (hidroksil atau radikal OH). Karena radikal bebas memiliki elektron yang tidak berpasangan, mereka dengan penuh semangat mencoba berinteraksi dengan DNA, protein, lipid dalam membran sel, dan apa pun yang mereka dapat temukan. Reruntuhan yang dihasilkan dapat menyebabkan kegagalan organel, menghambat pembelahan sel, atau menyebabkan kematian sel.
Menghilangkan air dalam sel manusia mungkin bukan solusi praktis bagi kita untuk meminimalkan paparan radiasi di ruang angkasa. Fiksi ilmiah telah lama mempermainkan gagasan menempatkan orang ke dalam animasi yang ditangguhkan untuk perjalanan jarak jauh, tetapi mengubah manusia menjadi kismis yang sudah layu dan kering, kemudian mengembalikannya ke kehidupan semula tidak mungkin secara medis - atau sangat menarik. Bahkan jika kita dapat mengembangkan prosedur seperti itu, begitu kismis manusia direhidrasi, mereka akan kembali rentan terhadap kerusakan radiasi.
Mungkin suatu hari nanti kita dapat merekayasa manusia secara genetis untuk memiliki sistem perbaikan radiasi super yang sama seperti mikroorganisme seperti D. radioduran. Tetapi bahkan jika bermain-main dengan genom manusia itu mungkin, organisme yang kuat itu tidak 100 persen tahan terhadap kerusakan radiasi, sehingga masalah kesehatan akan tetap ada.
Jadi dari tiga mekanisme yang diketahui bahwa kehidupan telah dirancang untuk memerangi kerusakan radiasi - penghalang, perbaikan, dan pengeringan - solusi yang paling praktis untuk pesawat luar angkasa manusia adalah dengan merancang penghalang radiasi yang lebih baik. Anitori berpikir studinya tentang organisme Mata Air Paralana suatu hari nanti bisa membantu kami merekayasa hambatan seperti itu.
"Mungkin kita akan diajarkan oleh alam, meniru beberapa mekanisme perisai yang digunakan oleh mikroba," katanya.
Dan Rothschild mengatakan studi radiasi juga dapat memberikan beberapa pelajaran penting saat kita melihat ke arah membangun komunitas di bulan, Mars, dan planet lain.
“Ketika kita mulai membangun koloni manusia, kita akan membawa organisme bersama kita. Anda pada akhirnya ingin menanam tanaman, dan mungkin membuat suasana di Mars dan di bulan. Kita mungkin tidak ingin menghabiskan upaya dan uang untuk melindungi mereka sepenuhnya dari UV dan radiasi kosmik. "
Selain itu, kata Rothschild, "manusia hanya penuh dengan mikroba, dan kita tidak bisa bertahan hidup tanpa mereka. Kami tidak tahu apa efek radiasi pada komunitas terkait itu, dan itu mungkin lebih merupakan masalah daripada efek langsung radiasi pada manusia. "
Dia yakin studinya juga akan berguna dalam mencari kehidupan di dunia lain. Dengan asumsi bahwa organisme lain di alam semesta juga didasarkan pada karbon dan air, kita dapat mendalilkan kondisi ekstrem macam apa yang dapat mereka jalani.
"Setiap kali kita menemukan organisme di Bumi yang dapat hidup lebih jauh dan lebih jauh ke dalam lingkungan yang ekstrem, kita telah meningkatkan ukuran amplop dari apa yang kita tahu hidup dapat bertahan di dalamnya," kata Rothschild. “Jadi jika kita pergi ke suatu tempat di Mars yang memiliki fluks radiasi, pengeringan, dan suhu tertentu, kita dapat mengatakan,‘ Ada organisme di Bumi yang dapat hidup di bawah kondisi itu. Tidak ada yang menghalangi kehidupan dari tinggal di sana. 'Sekarang, apakah kehidupan ada atau tidak adalah masalah lain, tapi setidaknya kita dapat mengatakan ini adalah amplop minimum untuk kehidupan. "
Sebagai contoh, Rothschild berpikir kehidupan mungkin terjadi di kerak garam di Mars, yang mirip dengan kerak garam di Bumi di mana organisme menemukan tempat berlindung dari UV matahari. Dia juga melihat kehidupan yang hidup di bawah es dan salju di Bumi, dan bertanya-tanya apakah organisme dapat hidup secara relatif dilindungi radiasi di bawah es Europa bulan Jupiter.
Sumber Asli: NASA Astrobiology
