Ljudski letovi prema Marsu ovise o boljoj zaštiti od kozmičkih zraka

Prvi korak čovjeka na Mjesecu ostao je jedan od najvećih iskoraka u povijesti. Danas se ponovno razvijaju misije koje će ljude vratiti u lunarnu okolinu, a dugoročno se razmatra i ljudski put prema Marsu. Između ambicija i njihove provedbe stoji nevidljiva prepreka: kozmičke zrake. Riječ je o obliku zračenja koje može ozbiljno oštetiti svemirske letjelice i ljudski organizam, a još ne postoji rješenje koje njihovo djelovanje može u potpunosti obuzdati.

NASA-ine misije Artemis sljedećih će godina vratiti astronaute u neposrednu blizinu Mjeseca. Artemis II trebao bi već sljedeće godine poslati četveročlanu posadu u let oko Mjeseca radi provjere letjelice prije budućih spuštanja. Godinu kasnije, u sklopu misije Artemis III, dvoje astronuta trebalo bi provesti otprilike tjedan dana istražujući površinu Mjeseca. U desetljeću 2030-ih planira se i prvi ljudski put prema Marsu, no svi ti planovi izravno ovise o tome koliko će se dobro riješiti problem zračenja u dubokom svemiru, objašnjava Zahida Sultanova, poslijedoktorska istraživačica na Fakultetu bioloških znanosti Sveučilišta East Anglia

Kozmičke zrake, simulacije i njihova ograničenja

Kada se gleda noćno nebo, uočavaju se zvijezde, planeti i možda pokoji meteor. Kozmičke zrake ostaju nevidljive.

Sastavljene su od protona, jezgri helija, težih iona i elektrona, a dolaze iz dvaju glavnih izvora: iz eksplodirajućih zvijezda u našoj galaksiji, što se naziva galaktičko kozmičko zračenje, te iz izbačaja energetskih čestica sa Sunca povezanih s eruptivnim procesima u njegovoj atmosferi.

Te čestice nose vrlo velike energije i kreću se tolikim brzinama da mogu izbijati elektrone iz atoma i remetiti molekularne strukture materijala. Na taj način oštećuju sve što im se nađe na putu, od elektronike do živih stanica.

Zemlja djeluje kao snažan prirodni štit. Njezino magnetsko polje i atmosfera apsorbiraju i skreću većinu kozmičkog zračenja, pa su organizmi na površini planeta izloženi tek manjem dijelu onoga što vlada u dubokom svemiru. Izvan tog zaštitnog okvira uvjeti se naglo mijenjaju. U međuplanetarnom prostoru kozmičke zrake mogu prekidati DNK lance, remetiti funkciju proteina i oštetiti druge ključne dijelove stanice, čime raste rizik razvoja ozbiljnih bolesti, uključujući rak.

Znanstveni izazov u osnovi je jednostavan, iako je tehnički složen. Najprije treba točno izmjeriti kako kozmičke zrake djeluju na žive organizme, a zatim osmisliti načine da se to djelovanje smanji. Idealno, piše Sultanova, bi bilo slati tkiva, organoide, pa čak i laboratorijske životinje izravno u svemir i pratiti posljedice izloženosti. Takvi pokusi već postoje, ali su rijetki, logistički zahtjevni i skupi. Zbog toga se istraživači uglavnom oslanjaju na simulacije kozmičkog zračenja na Zemlji, uz pomoć akceleratora čestica.

U Sjedinjenim Državama i Njemačkoj rade akceleratorski kompleksi koji mogu izlagati tkiva, biljke i životinje pojedinim sastavnicama kozmičkih zraka, redom i pod kontroliranim uvjetima. Novi međunarodni akcelerator koji se trenutačno gradi u Njemačkoj trebao bi postići još veće energije, usporedive s onima u svemiru, što će omogućiti proučavanje njihovih učinaka na žive organizme u do sada nedostupnim uvjetima. No ni takve simulacije ne odražavaju u potpunosti stvarne prilike.

U mnogim pokusima ukupna doza zračenja koja bi se u svemiru primala mjesecima ili godinama daje se odjednom, u vrlo kratkom izlaganju, što bitno mijenja način na koji organizmi reagiraju.

U stvarnom svemiru kozmičke zrake stižu kao stalna mješavina različitih čestica koje istodobno pogađaju organizam, a ne kao odvojeni, strogo razdvojeni snopovi. Zato neki istraživači predlažu izgradnju akceleratora s više grana koji bi istodobno mogao ispaljivati nekoliko podesivih snopova čestica i tako u laboratoriju reproducirati miješano zračenje dubokog svemira pod kontroliranim uvjetima. Za sada takav kompleks postoji samo kao prijedlog na papiru.

Od materijalnih štitova prema biološkim strategijama

Uz bolja ispitivanja, potrebna je i bolja zaštita. Prva linija obrane koja se nameće jesu fizički štitovi. Materijali bogati vodikom, poput polietilena ili hidrogelova koji upijaju vodu, mogu usporiti nabijene čestice i smanjiti njihovu energiju. Takvi materijali već se koriste ili su planirani kao dijelovi konstrukcije svemirskih letjelica, no njihova učinkovitost ima stroga ograničenja. Posebno je galaktičko kozmičko zračenje, koje stiže iz dalekih eksplodirajućih zvijezda, toliko energetski jako da može prodrijeti kroz većinu fizičkih barijera. Pri prolasku kroz materijal može nastajati i sekundarno zračenje koje dodatno povećava ukupnu izloženost. Zato se pokazuje da se samo fizičkim štitovima problem ne može u potpunosti riješiti.

Zbog toga se ispituju biološke strategije. Jedan pristup oslanja se na antioksidanse, molekule koje štite DNK od štetnih kemijskih spojeva nastalih kada kozmičko zračenje pogodi stanice. U pokusima s miševima, dodatak sintetskog antioksidansa CDDO-EA smanjio je kognitivna oštećenja izazvana simuliranim kozmičkim zračenjem kod ženki miševa. U studiji su životinje izložene takvom zračenju sporije učile jednostavan zadatak u usporedbi s neizloženim miševima. No miševi koji su primali sintetski antioksidans uspjeli su zadržati normalne sposobnosti učenja, iako su bili podvrgnuti istoj simuliranoj dozi kozmičkog zračenja.

Drugi pristup traži inspiraciju u organizmima s iznimnim sposobnostima preživljavanja. Poznato je da organizmi koji hiberniraju postaju otporniji na zračenje tijekom razdoblja mirovanja. Mehanizmi koji stoje iza te zaštite još nisu potpuno razjašnjeni, ali je već pokazano da je moguće izazvati stanje nalik hibernaciji i u životinja koje inače ne hiberniraju te tako povećati njihovu otpornost na zračenje. Tu su i tardigradi, mikroskopski organizmi poznati pod nazivom vodeni medvjedići, koji su izrazito otporni na zračenje, osobito kada se nalaze u dehidriranom stanju. Iako astronauti ne mogu ni hibernirati ni biti dehidrirani na takav način, strategije koje ovi organizmi koriste za zaštitu svojih stanica mogle bi se primijeniti na druge oblike života tijekom dugih svemirskih putovanja.

Stanje mirovanja

Mikroorganizmi, sjemenke, jednostavni izvori hrane i manje životinje koje bi u budućnosti mogle pratiti čovjeka u svemir možda će se neko vrijeme čuvati u privremenom stanju mirovanja. Kada uvjeti postanu povoljniji, mogli bi se ponovno aktivirati i vratiti u normalne funkcije. Razumijevanje i primjena takvih zaštitnih mehanizama mogla bi postati važna za misije koje traju mjesecima ili godinama.

Treća linija istraživanja usmjerena je na poticanje prirodnih stresnih odgovora u organizmima. Brojni stresori na Zemlji, poput izgladnjivanja ili visoke temperature, tijekom evolucije su “prisilili” organizme da razviju unutarnje obrambene mehanizme koji štite DNK i druge ključne strukture. U jednoj nedavno objavljenoj studiji, autori predlažu da bi aktiviranje tih obrana posebnim dijetama ili lijekovima moglo pružiti dodatnu zaštitu u svemiru. Ideja je da se postojeći adaptivni mehanizmi, koje su organizmi razvijali milijunima godina, usmjere tako da ublaže štetu uzrokovanu kozmičkim zračenjem.

Svi ti pristupi pokazuju da će kombinacija materijalnih i bioloških rješenja vjerojatno biti nužna. Fizički štitovi sami po sebi neće biti dovoljni. No uz nove biološke strategije, više pokusa u svemiru i na Zemlji te izgradnju posebnih akceleratorskih kompleksa dizajniranih upravo za proučavanje svemirske radijacije, čovječanstvo se postupno približava mogućnosti rutinskih putovanja izvan Zemljine zaštite. Procjenjuje se da smo i dalje desetljećima udaljeni od potpunog rješenja problema kozmičkih zraka, no veća ulaganja u to područje mogla bi taj rok znatno skratiti.

Krajnji cilj jest sigurno napustiti Zemljin zaštitni omotač i putovati dubokim svemirom, bez stalne prijetnje nevidljivih čestica visoke energije koje oštećuju tijelo i mogu ugroziti svemirske letjelice. Tek kada se taj problem stavi pod kontrolu, letovi prema Marsu i dalje postat će doista održivi.

Podijeli članak