Leitað að dýrum til geimferða: Þurfa að vera harðgerð

Menn verða ekki fyrstir jarðarbúa til að yfirgefa þennan hnött og ferðast út á meðal stjarnanna. Á vegum Starlight-verkefnisins er nú verið að leita að heppilegum dýrum til að skjóta út í geiminn í örgeimskipum sem eiga að ná upp hraða með leysi. Meðal kandídatanna eru bessadýr, hringormar og afar harðgerð baktería.

BIRT: 01/09/2023

LESTÍMI:

7 mínútur

Þess vegna skaltu lesa þetta

Maðurinn kynni að geta leikið eftir hæfni harðgerðra dýra til að standast geimgeislun og leggjast í áralangan dvala. Slíkt gæti gert kleift að ferðast milli sólkerfa.

Þér finnst gaman að miklum hraða og þolir ágætlega mikla geislun. Til viðbótar geturðu lifað án matar og drykkjar árum saman. Ef allt þetta á við um þig, ertu trúlega sá eða sú sem við leitum.

 

Einhvern veginn svona gæti atvinnuauglýsingin hljóðað ef vísindamennirnir að baki svonefndu Starlight-verkefni auglýstu eftir geimförum til þeirra geimferða sem þeir hafa í undirbúningi. Slík auglýsing verður þó örugglega ekki birt, því enginn þeirra sem til greina koma er læs.

 

Hæfniskröfurnar útiloka að sjálfsögðu mannkynið eins og það leggur sig en að auki verða geimskipin sem skjóta á út í geiminn með kröftugri leysibyssu, örsmá – smærri en greiðslukort. Vísindamenn hjá Santa Barbara-háskóla í Kalíforníu leita þess vegna að afar smávöxnum en harðgerðum lífverum: bessadýrum, hringormum og bakteríum.

Þessir smávöxnu geimfarar eiga að veita innsýn í áhrif harðneskjunnar í geimnum á lífverur – og líka áhrif þeirrar gríðarlegu hraðaaukningar sem nauðsynleg er til að ná alla leið, jafnvel bara til þeirra stjarna sem næstar eru.

 

Standist þessar lífverur prófið, má fara að velta fyrir sér hvaða aðferðum þyrfti að beita til að menn gætu náð slíkri ofurhæfni – t.d. mjög sérstæðri mótstöðu bakteríunnar Deinococcus radiodurans gegn geislunarskemmdum – og síðan farið sjálfir í slíkar langferðir.

 

Ofboðslegur kraftur

Hefðbundnar eldsneytisflaugar eru mjög langt frá því að duga ef ætlunin er að skjóta geimfari milli sólkerfa.

 

Geimfarið Voyager 1 sem skotið var á loft 1977 og er nú komið út úr sólkerfinu, ferðast t.d. aðeins á um 55.000 km hraða. Með þeim hraða tæki það geimfarið hátt í 80.000 ár að ná til næstu nágrannastjörnu okkar, Proxima Centauri sem er í 4,25 ljósára fjarlægð.

Tilgangur Starlight-verkefnisins er að senda mjög harðskeyttar lífverur til nálægrar stjörnu, t.d. Proxima Centauri sem er í 4,25 ljósára fjarlægð.

Sú leysibyssutækni sem ætlunin er að nýta í verkefninu og kallast DEEP-IN, gjörbyltir hins vegar slíkum hraðatakmörkunum.

 

Orka í leysisgeisla sem skotið er frá jörðu er þétt niður í mjóan geisla sem skýtur ljóseindum að segli örlítils geimfars og eykur hraðann gríðarlega.

 

Eitt af markmiðunum með Starlight-verkefninu er að koma þessum örfarartækjum upp undir fjórðung ljóshraðans eða nærri 270 milljón kílómetra hraða. Með DEEP-IN-tækninni er talið að ferðatíminn til Proxima Centauri geti farið niður í 25 ár.

 

Dvali

Lífsmörk niður í lágmark

Til að ná svona ofboðslegum hraða má þyngdin ekki vera meiri en það sem að lágmarki er unnt að komast af með. Stór geimskip koma því ekki til greina. Þess í stað á að senda örsmá geimför, nefnd StarChips eða stjörnuflögur.

 

Þessar flögur verða bæði minni um sig og þynnri en greiðslukort og þyngdin á ekki að fara yfir 1 gramm. Þetta takmarkar verulega hvaða dýr geta valist til tilraunanna.

Kröftug leysibyssa á jörðu skýtur ljóseindum að segli örskipsins. Þar eð það vegur aðeins 1 gramm dugar þrýstingurinn til að koma því upp undir fjórðung af ljóshraða.

En það vill svo til að einmitt lífverur sem koma til greina vegna þess hve léttar þær eru, henta líka vel af annarri ástæðu: Þörf þeirra fyrir mat og drykk er miklu minni en stærri lífvera. Sumar geta líka nánast stöðvað alla brennslu.

 

Þegar aðstæður verða mjög erfiðar, svo sem í frosti eða algerum skorti á vatni og fæðu, leggjast þessar lífverur í svo djúpan dvala að lífræn starfsemi fer í kyrrstöðu þar til aðstæður batna.

 

Bessadýr þola 273 mínusgráður

Í kyrrstöðudvala stöðvast öll lífefnaferli og efnaskipti verða nánast engin og brennslan fer alveg niður undir núll. Jafnframt eykst viðnám og um leið lífslíkur við öfgakenndar aðstæður eins og geimgeislun.

 

Bessadýrin, aðeins 0,5 mm að lengd, mega heita sérhæfð í kyrrstöðudvala. Bessadýr lifa ekki einungis af án næringar og vökva, heldur standast þau líka hitastig frá 150 °C niður í -273 °C.

Bessadýr þola langvarandi dvala

Dýrið getur verið í kyrrstöðudvala í a.m.k. 100 ár. Í slíkum dvala stöðvast öll lífræn ferli og efnaskipti fara niður í 0,01% af því sem annars er. Bessadýr mynda að auki sérstakt prótein sem verndar gegn sköddun af völdum geislunar.

 

  • Geislun: 4 stjörnur

 

  • Dvali: 5 stjörnur

 

  • Hröðun: 3 stjörnur

 

Bessadýr hafa þegar sýnt fram á hæfni sína í ýmsum geimferðum, m.a. til ISS-geimstöðvarinnar. Fleiri dýr eru fær um fullkominn kyrrstöðudvala, t.d. hringormurinn Caenorhabiditis elegans og rækjur.

 

Hraðaaukning

Ormur stenst 400.000 G

Geimfarar Starlight-verkefnisins eiga ekki aðeins að komast af nánast án næringar. Þeir þurfa líka að standast svonefndan G-kraft, þar sem G stendur fyrir Gravity eða þyngd. G er einkum notað sem mælikvarði við hraðaaukningu.

 

Við þá hraðaaukningu sem á að nást í þessu verkefni verður álagið á farþegana 100.000 – 10.000.000 G.

 

Menn þola 9 G ekki lengur en í örfáar sekúndur. Þyngd líkamans nífaldast og blóðið leitar svo ákaft til fótanna að hjartað nær ekki að dæla nægu blóði til heilans.

 

Súrefnisskortur í heila veldur meðvitundarleysi á skömmum tíma og síðan dauða.

 

Til að rannsaka hvaða lífverur þoli mestan G-kraft nota vísindamenn þeytivindur. Tilraunir hafa sýnt að hringormurinn C. elegans sem aðeins er 1 mm að lengd, er meðal þeirra sem mest þola.

Ormur sem þolir öfgakennda hröðun

Hringormurinn C. elegans þolir þyngdaraukningu upp á 400.000 G við hröðun. Hann þolir líka frystingu og getur eignast afkvæmi eftir áratugi í frysti. Ævihringur ormsins er aðeins 14 dagar og hann því upplagt tilraunadýr.

 

  • Geislun: 1-3 stjörnur

 

  • Dvali: 5 stjörnur

 

  • Hröðun: 5 stjörnur

 

Vísindamenn hjá Sao Paulo-háskóla í Brasilíu hafa lagt allt upp í 400.000 G á C. elegans og þeim til undrunar var ekki að merkja nein neikvæð ummerki. Þetta gríðarlega álag hafði engin áhrif á lífslíkur, atferli né efnaskipti.

 

Ormurinn stendur sig að þessu leyti betur en bessadýrin sem „aðeins“ þola 16.000 G.

 

Geislun

Baktería stenst mesta geislun

Utan gufuhvolfs og segulsviðs jarðar verða geimfarar fyrir mikilli geimgeislun.

 

Menn í geimnum verða fyrir geislun upp á 50-2.000 mSv (millisívert). En all yfir 100 mSv telst hættulegt heilsunni. 1 mSv samsvarar þremur röntgenmyndatökum af brjóstkassa.

100 Gy geislun drepur flest dýr. Bakterían Deinococcus radiodurans lifir af 10.000 Gy.

Bessadýr lifa af nánast alla jónaða geislun. Í tilraun einni lifði helmingur allra bessadýra eftir gammageislun upp á 4.700 Gy (Gray) í 18 klukkutíma.

 

Langflestar lífverur drepast við geislun yfir 100 Gy en bessadýrin eru þó ekki ein um þetta mikla þol. Bakterían Deinococcus radiodurans á metið en hún stenst gammageislun upp á 10.000 Gy.

Baktería þolir öfluga geislun

Deinococcus radiodurans gerir óteljandi afrit af erfðamengi sínu og býr líka yfir ensímum sem gera við geislasköddun á DNA. Hún þolir þess vegna gammageislun upp á 10.000 Gy. Til viðbótar þolir hún ofboðslega hröðun.

 

  • Geislun: 5 stjörnur

 

  • Dvali: 4 stjörnur

 

  • Hröðun: 5. stjörnur

Til samanburðar myndu 4 Gy duga til að drepa helminginn af hópi mannfólks og færi geislunin yfir 20 Gy slyppi enginn lifandi.

 

Tilraunadýrin þídd í lokin

Starlight-verkefnið hefur fengið styrk frá NASA en óvíst er þó hvenær það getur orðið að veruleika. Vísindamennirnir hafa þó ákveðna áætlun um aðferðina, þegar heppilegustu lífverurnar hafa verið valdar.

 

Hundruðum saman verða þessar örsmáu, þolnu lífverur frystar niður í kyrrstöðudvala og síðan skotið af stað í átt til Proxima Centauri eða einhverrar annarrar nágrannastjörnu sólarinnar.

 

Þegar geimflögurnar nálgast áfangastað verða ferðalangarnir vaktir af dvalanum með velgju frá örlitlu magni af plútóni og um leið hefjast ýmsar tilraunir sem m.a. eiga að leiða í ljós áhrif hraðaaukningar og geimgeislunar á fjölgunarhæfni dýranna, efnaskipti og öldrun.

25 ár tekur að komast hina 4,5 ljósára löngu leið til Proxima Centauri á leysiknúnum geimflögum.

Þótt þessir smávöxnu geimfarar séu afar frábrugðnir mönnum, eru líkindin líka furðu mikil; t.d. er meira en 80% prótína ormsins C. elegans einnig að finna í mannlegum útgáfum.

 

Orminum C. elegans má kenna að tengja ákveðna lykt við fæðu. Í tilraunum á jörðu niðri hefur hann reynst muna þessa kunnáttu í 40 tíma. Vísindamennirnir vilja gjarnan prófa minni ormsins í geimnum, enda telja þeir að það gæti mögulega gefið vísbendingu um áhrif svo langra geimferða á menn.

 

Röðin kemur að mönnum

Hugsanlega gæti síðar reynst gerlegt að stækka leysibyssur Starlight-verkefnisins svo mikið að slíka tækni mætti nota til að ýta geimfari í fullri stærð með mannfólk innanborðs í útgeimsferð.

Vísindamenn eru nú þegar teknir að rannsaka hvort hægt verði að tileinka mönnum einhverja af þeim eiginleikum sem gera bessadýr, hringorma og bakteríur að svo heppilegum geimförum.

 

Að líkindum verður aldrei gerlegt að ná mönnum niður í kyrrstöðudvala en hugsanlega mætti ná dásvefni með mjög hægum efnaskiptum í marga mánuði í einu.

Geimfarar eiga að líkja eftir dýrunum

Útgeimsferðir fela í sér tröllvaxnar áskoranir: Ofboðslega geislun, banvæna hröðun og ferðatíminn verður fjöldamörg ár. Sum vandamálin kynni að mega leysa með því að læra af dýrum.

Genagræðsla  ver gegn geislun

Bessadýrið notar próteinið Dsup til að verja frumurnar gegn geislun. Í tilraun græddu vísindamenn próteinið í mannsfrumur sem síðan voru geislaðar. DNA-sköddun reyndist 40% minni en annars hefði verið.

Menn þola lítið G-álag

Útgeimsferðir á einni mannsævi krefjast ofboðslegs hraða. Hröðun í Starlight-verkefninu er áætluð upp á 100.000 G en menn missa meðvitund og deyja eftir örfáar mínútur við 9 G. Engin lausn er þekkt.

Geimfarar eiga  að sofa alla leið

Til að spara mat og drykk á leiðinni verður kannski unnt að setja fólk í svonefndan torpor-dásvefn. Rottur hafa verið settar í slíkt dá með efnum sem slökkva á þeim heilastöðvum sem annast efnaskipti.

Útgeimsferðum munu engu að síður fylgja miklir erfiðleikar fyrir fólk, ekki síst að því er varðar hina gríðarlegu hraðaaukningu. En skyldi það takast einn góðan veðurdag að yfirstíga öll þessi vandamál, getum við þakkað það örsmáum lífverum sem svo sannarlega eru harðar í horn að taka.

BIRT: 01/09/2023

HÖFUNDUR: JONAS GROSEN MELDAL

HÖFUNDARÉTTUR MYNDA: © L. Calçada/ESO,© Q. Zhang,© Sebastian Kaulitzki/SPL,© Steve Gschmeissner/SPL,© Michael J Daly/SPL,© Shutterstock & Lotte Fredslund,© Hulton Archive/Getty Image,© Henning Dalhoff/SPL

vinsælustu greinarnar

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is