El sol es una fuente importante de radiación para la vida en la Tierra. Click para agrandar
El viaje espacial tiene sus peligros. Algunos animales y plantas han desarrollado una cubierta protectora o pigmentación, pero algunas formas de bacterias pueden reparar el daño a su ADN por la radiación. Los futuros viajeros espaciales podrían aprovechar estas técnicas para minimizar el daño que reciben por la exposición prolongada.
En las películas de Star Wars y Star Trek, las personas viajan entre planetas y galaxias con facilidad. Pero nuestro futuro en el espacio está lejos de estar asegurado. Dejando a un lado los problemas de hiperimpulsión y agujeros de gusano, no parece posible que el cuerpo humano pueda resistir una exposición prolongada a la fuerte radiación del espacio exterior.
La radiación proviene de muchas fuentes. La luz del sol produce un rango de longitudes de onda desde infrarrojo de onda larga hasta ultravioleta (UV) de onda corta. La radiación de fondo en el espacio se compone de rayos X de alta energía, rayos gamma y rayos cósmicos, que pueden causar estragos en las células de nuestros cuerpos. Dado que dicha radiación ionizante penetra fácilmente en las paredes y trajes espaciales de las naves espaciales, los astronautas de hoy deben limitar su tiempo en el espacio. Pero estar en el espacio ultraterrestre incluso por poco tiempo aumenta en gran medida sus probabilidades de desarrollar cáncer, cataratas y otros problemas de salud relacionados con la radiación.
Para superar este problema, podemos encontrar algunos consejos útiles en la naturaleza. Muchos organismos ya han ideado estrategias efectivas para protegerse de la radiación.
Lynn Rothschild, del Centro de Investigación Ames de la NASA, dice que la radiación siempre ha sido un peligro para la vida en la Tierra, por lo que la vida tuvo que encontrar formas de enfrentarla. Esto fue especialmente importante durante los primeros años de la Tierra, cuando los ingredientes para la vida se unían por primera vez. Debido a que nuestro planeta inicialmente no tenía mucho oxígeno en la atmósfera, también carecía de una capa de ozono (O3) para bloquear la radiación dañina. Esta es una razón por la cual muchos creen que la vida se originó bajo el agua, ya que el agua puede filtrar las longitudes de onda más dañinas de la luz.
Sin embargo, la fotosíntesis? La transformación de la luz solar en energía química? desarrollado relativamente temprano en la historia de la vida. Los microbios fotosintéticos como las cianobacterias usaban la luz solar para producir alimentos desde hace 2.800 millones de años (y posiblemente incluso antes).
La vida temprana, por lo tanto, participó en un delicado acto de equilibrio, aprendiendo a usar la radiación para obtener energía mientras se protege del daño que podría causar la radiación. Si bien la luz solar no es tan enérgica como los rayos X o los rayos gamma, las longitudes de onda UV son absorbidas preferentemente por las bases de ADN y por los aminoácidos aromáticos de las proteínas. Esta absorción puede dañar las células y las delicadas cadenas de ADN que codifican las instrucciones para la vida.
"El problema es que si vas a acceder a la radiación solar para la fotosíntesis, debes tomar lo bueno con lo malo; también te expones a la radiación ultravioleta", dice Rothschild. "Entonces, hay varios trucos que creemos que la vida temprana usó, como la vida hace hoy".
Además de esconderse bajo el agua líquida, la vida hace uso de otras barreras naturales contra la radiación UV, como hielo, arena, rocas y sal. A medida que los organismos continuaron evolucionando, algunos pudieron desarrollar sus propias barreras protectoras, como la pigmentación o una capa exterior resistente.
Gracias a los organismos fotosintéticos que llenan la atmósfera de oxígeno (y por lo tanto generan una capa de ozono), la mayoría de los organismos en la Tierra hoy en día no necesitan lidiar con los rayos UV-C de alta energía, rayos X o rayos gamma del espacio. De hecho, ¿los únicos organismos que se sabe que sobreviven a la exposición al espacio? al menos a corto plazo: son bacterias y líquenes. Las bacterias necesitan algo de protección para que no se fríen por los rayos UV, pero los líquenes tienen suficiente biomasa para actuar como un traje espacial protector.
Pero incluso con una buena barrera, a veces se produce daño por radiación. ¿Los líquenes y las bacterias hibernan mientras están en el espacio? no crecen, se reproducen ni participan en ninguna de sus funciones vitales normales. Al regresar a la Tierra, salen de este estado latente y, si hubo daño infligido, las proteínas en la célula trabajan para reconstruir las cadenas de ADN que se separaron por radiación.
El mismo control de daños ocurre con los organismos en la Tierra cuando están expuestos a materiales radiactivos como el uranio y el radio. La bacteria Deinococcus radiodurans es el campeón reinante cuando se trata de este tipo de reparación de radiación. (Sin embargo, la reparación completa no siempre es posible, por eso la exposición a la radiación puede conducir a mutaciones genéticas o la muerte).
"Vivo con la eterna esperanza de derrocar a D. radiodurans", dice Rothchild. Su búsqueda de microorganismos resistentes a la radiación la ha llevado a las aguas termales de Paralana en Australia. Las rocas de granito ricas en uranio emiten rayos gamma mientras que el gas de radón letal burbujea desde el agua caliente. ¿La vida en la primavera está expuesta a altos niveles de radiación? ambos debajo, de los materiales radiactivos, y arriba, de la intensa luz ultravioleta del sol australiano.
Rothschild se enteró de las aguas termales por Roberto Anitori del Centro Australiano de Astrobiología de la Universidad Macquarie. Anitori ha estado secuenciando los genes del ARN ribosómico 16S y cultivando las bacterias que viven felices en las aguas radiactivas. Al igual que otros organismos en la Tierra, las cianobacterias Paralana y otros microbios pueden haber ideado barreras para protegerse de la radiación.
"He notado una capa resistente, casi similar a la silicona en algunas de las esteras microbianas allí", dice Anitori. "Y cuando digo" como silicio ", me refiero al tipo que usas en los bordes de los paneles de las ventanas".
"Además de los posibles mecanismos de protección, sospecho que los microbios en Paralana también tienen buenos mecanismos de reparación del ADN", agrega Anitori. Por el momento, solo puede especular sobre los métodos utilizados por los organismos de Paralana para sobrevivir. Sin embargo, él planea investigar de cerca sus estrategias de resistencia a la radiación a finales de este año.
Además de Paralana, las investigaciones de Rothschild la han llevado a regiones extremadamente áridas de México y los Andes bolivianos. Como resultado, muchos organismos que evolucionaron para vivir en desiertos también son bastante buenos para sobrevivir a la exposición a la radiación.
La pérdida prolongada de agua puede causar daños en el ADN, pero algunos organismos han desarrollado sistemas de reparación eficientes para combatir este daño. Es posible que estos mismos sistemas de reparación de deshidratación se usen cuando el organismo necesita reparar el daño causado por la radiación.
Pero tales organismos pueden evitar el daño por completo simplemente secándolos. La falta de agua en las células disecadas y latentes las hace mucho menos susceptibles a los efectos de la radiación ionizante, que puede dañar las células al producir radicales libres de agua (hidroxilo u radical OH). Debido a que los radicales libres tienen electrones desapareados, intentan interactuar con entusiasmo con el ADN, las proteínas, los lípidos en las membranas celulares y cualquier otra cosa que puedan encontrar. Los restos resultantes pueden conducir a la falla del orgánulo, bloquear la división celular o causar la muerte celular.
La eliminación del agua en las células humanas probablemente no sea una solución práctica para minimizar nuestra exposición a la radiación en el espacio. La ciencia ficción ha jugado con la idea de poner a las personas en animación suspendida para largos viajes espaciales, pero convertir a los humanos en pasas marchitas y secas y luego rehidratarlas a la vida no es médicamente posible, o muy atractivo. Incluso si pudiéramos desarrollar tal procedimiento, una vez que las pasas humanas se rehidrataran nuevamente serían susceptibles al daño por radiación.
Quizás algún día podamos diseñar genéticamente a los humanos para que tengan los mismos sistemas de súper reparación de radiación que los microorganismos como D. radiodurans. Pero incluso si fuera posible jugar con el genoma humano, esos organismos resistentes no son 100 por ciento resistentes al daño por radiación, por lo que los problemas de salud persistirían.
Entonces, de los tres mecanismos conocidos que la vida ha ideado para combatir el daño por radiación (barreras, reparación y desecación), la solución práctica más inmediata para el vuelo espacial humano sería diseñar mejores barreras de radiación. Anitori cree que sus estudios sobre los organismos de la Primavera de Paralana algún día podrían ayudarnos a diseñar tales barreras.
"Quizás la naturaleza nos enseñe, imitando algunos de los mecanismos de protección utilizados por los microbios", afirma.
Y Rothschild dice que los estudios de radiación también podrían proporcionar algunas lecciones importantes a medida que buscamos establecer comunidades en la luna, Marte y otros planetas.
"Cuando comenzamos a construir colonias humanas, vamos a llevar organismos con nosotros. En última instancia, querrás cultivar plantas y posiblemente crear una atmósfera en Marte y en la luna. Es posible que no queramos gastar el esfuerzo y el dinero para protegerlos completamente de los rayos UV y la radiación cósmica ".
Además, dice Rothschild, "los humanos están llenos de microbios, y no podríamos sobrevivir sin ellos. No sabemos qué efecto tendrá la radiación en esa comunidad asociada, y eso puede ser más problemático que el efecto directo de la radiación en los humanos ".
Ella cree que sus estudios también serán útiles en la búsqueda de vida en otros mundos. Suponiendo que otros organismos en el universo también se basan en carbono y agua, podemos postular en qué tipo de condiciones extremas podrían sobrevivir.
"Cada vez que encontramos un organismo en la Tierra que puede vivir cada vez más en un extremo medioambiental, aumentamos el tamaño de ese sobre de lo que sabemos que la vida puede sobrevivir", dice Rothschild. “Entonces, si vamos a un lugar en Marte que tiene un cierto flujo de radiación, desecación y temperatura, podemos decir:‘ Hay organismos en la Tierra que pueden vivir en esas condiciones. No hay nada que impida que la vida viva allí ". Ahora, si la vida está allí o no, es otro asunto, pero al menos podemos decir que este es el sobre mínimo para la vida".
Por ejemplo, Rothschild cree que la vida podría ser posible en las costras de sal en Marte, que son similares a las costras de sal en la Tierra, donde los organismos encuentran refugio de los rayos UV solares. También observa la vida que vive bajo el hielo y la nieve en la Tierra, y se pregunta si los organismos podrían vivir una existencia relativamente protegida contra la radiación bajo el hielo de la luna Europa de Júpiter.
Fuente original: NASA Astrobiology
