Le soleil est une source majeure de rayonnement pour la vie sur Terre. Cliquez pour agrandir
Le voyage dans l'espace a ses dangers. Certains animaux et plantes ont développé une couverture protectrice ou une pigmentation, mais certaines formes de bactéries peuvent en fait réparer les dommages causés à son ADN par les radiations. Les futurs voyageurs dans l'espace pourraient profiter de ces techniques pour minimiser les dommages qu'ils peuvent subir en cas d'exposition prolongée.
Dans les films Star Wars et Star Trek, les gens voyagent facilement entre planètes et galaxies. Mais notre avenir dans l'espace est loin d'être assuré. Hormis les problèmes d'hyperdrive et de trous de ver, il ne semble pas possible que le corps humain puisse résister à une exposition prolongée aux radiations de l'espace extra-atmosphérique.
Le rayonnement provient de nombreuses sources. La lumière du soleil produit une gamme de longueurs d'onde allant de l'infrarouge à ondes longues à l'ultraviolet (UV) à courte longueur d'onde. Le rayonnement de fond dans l'espace est composé de rayons X à haute énergie, de rayons gamma et de rayons cosmiques, qui peuvent tous faire des ravages avec les cellules de notre corps. Étant donné que ces rayonnements ionisants pénètrent facilement dans les murs des engins spatiaux et les combinaisons spatiales, les astronautes doivent aujourd'hui limiter leur temps dans l'espace. Mais être dans l'espace extra-atmosphérique, même pour une courte période, augmente considérablement leurs chances de développer un cancer, des cataractes et d'autres problèmes de santé liés aux radiations.
Pour surmonter ce problème, nous pouvons trouver quelques conseils utiles dans la nature. De nombreux organismes ont déjà conçu des stratégies efficaces pour se protéger des radiations.
Lynn Rothschild du NASA Ames Research Center dit que le rayonnement a toujours été un danger pour la vie sur Terre, et que la vie a donc dû trouver des moyens d'y faire face. Cela était particulièrement important pendant les premières années de la Terre, lorsque les ingrédients de la vie se sont réunis pour la première fois. Parce que notre planète n'avait pas initialement beaucoup d'oxygène dans l'atmosphère, il lui manquait également une couche d'ozone (O3) pour bloquer les rayonnements nocifs. C'est une des raisons pour lesquelles beaucoup croient que la vie est née sous l'eau, car l'eau peut filtrer les longueurs d'onde de la lumière les plus dommageables.
Pourtant, la photosynthèse? la transformation de la lumière solaire en énergie chimique? développé relativement tôt dans l'histoire de la vie. Les microbes photosynthétiques comme les cyanobactéries utilisaient la lumière du soleil pour fabriquer des aliments il y a 2,8 milliards d'années (et peut-être même plus tôt).
La petite enfance s'est donc engagée dans un délicat exercice d'équilibre, apprenant à utiliser le rayonnement pour l'énergie tout en se protégeant des dommages que le rayonnement pourrait causer. Alors que la lumière du soleil n'est pas aussi énergétique que les rayons X ou les rayons gamma, les longueurs d'onde UV sont préférentiellement absorbées par les bases d'ADN et par les acides aminés aromatiques des protéines. Cette absorption peut endommager les cellules et les brins d'ADN délicats qui codent les instructions pour la vie.
"Le problème est que si vous allez accéder au rayonnement solaire pour la photosynthèse, vous devez prendre le bon avec le mauvais - vous vous exposez également au rayonnement ultraviolet", explique Rothschild. "Il y a donc diverses astuces que nous pensons utilisées au début de la vie, comme c'est le cas aujourd'hui."
En plus de se cacher sous l'eau liquide, la vie utilise d'autres barrières de rayonnement UV naturelles telles que la glace, le sable, les roches et le sel. Au fur et à mesure que les organismes évoluaient, certains ont pu développer leurs propres barrières de protection telles que la pigmentation ou une coque extérieure résistante.
Grâce aux organismes photosynthétiques qui remplissent l'atmosphère d'oxygène (et génèrent ainsi une couche d'ozone), la plupart des organismes sur Terre aujourd'hui n'ont pas besoin de lutter contre les rayons UV-C, les rayons X ou les rayons gamma de haute énergie de l'espace. En fait, les seuls organismes connus pour survivre à l'exposition spatiale? au moins à court terme - sont des bactéries et des lichens. Les bactéries ont besoin d'un certain blindage pour ne pas être frites par les UV, mais les lichens ont suffisamment de biomasse pour agir comme combinaison spatiale protectrice.
Mais même avec une bonne barrière en place, des dommages par rayonnement se produisent parfois. Le lichen et les bactéries hibernent-ils dans l'espace? ils ne grandissent pas, ne se reproduisent pas et ne se livrent à aucune de leurs fonctions vitales normales. À leur retour sur Terre, ils sortent de cet état dormant et, s'il y avait des dommages infligés, les protéines de la cellule travaillent pour reconstituer les brins d'ADN qui ont été séparés par le rayonnement.
Le même contrôle des dommages se produit avec les organismes sur Terre lorsqu'ils sont exposés à des matières radioactives telles que l'uranium et le radium. La bactérie Deinococcus radiodurans est le champion en titre en ce qui concerne ce type de réparation des radiations. (Cependant, une réparation complète n'est pas toujours possible, c'est pourquoi l'exposition aux rayonnements peut entraîner des mutations génétiques ou la mort.)
«Je vis dans l’espoir éternel de déloger D. radiodurans», explique Rothchild. Sa recherche de micro-organismes résistants aux radiations l'a amenée à la source chaude de Paralana en Australie. Les roches granitiques riches en uranium émettent des rayons gamma tandis que le radon létal bouillonne de l'eau chaude. La vie au printemps est donc exposée à des niveaux de rayonnement élevés? à la fois en dessous, à partir des matières radioactives, et au-dessus, de la lumière UV intense du soleil australien.
Rothschild a découvert la source chaude grâce à Roberto Anitori du Centre australien d'astrobiologie de l'Université Macquarie. Anitori a séquencé les gènes de l'ARN ribosomal 16S et cultivé les bactéries qui vivent très heureusement dans les eaux radioactives. Comme d'autres organismes sur Terre, les cyanobactéries Paralana et d'autres microbes peuvent avoir conçu des barrières pour se protéger des radiations.
«J'ai remarqué une couche dure, presque semblable à de la silicone sur certains des tapis microbiens», explique Anitori. «Et quand je dis« semblable au silicium », je veux dire le type que vous utilisez sur les bordures de vitres.»
«Outre les mécanismes de protection possibles, je soupçonne que les microbes de Paralana ont également de bons mécanismes de réparation de l'ADN», ajoute Anitori. Pour le moment, il ne peut que spéculer sur les méthodes utilisées par les organismes Paralana pour survivre. Cependant, il prévoit d'étudier de près leurs stratégies de résistance aux radiations plus tard cette année.
Outre Paralana, les enquêtes de Rothschild l’ont conduite dans des régions extrêmement arides du Mexique et des Andes boliviennes. Il s'avère que de nombreux organismes qui ont évolué pour vivre dans les déserts sont également très bons pour survivre à l'exposition aux radiations.
Une perte d'eau prolongée peut endommager l'ADN, mais certains organismes ont développé des systèmes de réparation efficaces pour lutter contre ces dommages. Il est possible que ces mêmes systèmes de réparation de la déshydratation soient utilisés lorsque l’organisme a besoin de réparer les dommages causés par les radiations.
Mais de tels organismes peuvent être en mesure d'éviter tout dommage simplement en étant desséchés. Le manque d'eau dans les cellules déshydratées et dormantes les rend beaucoup moins sensibles aux effets des rayonnements ionisants, qui peuvent endommager les cellules en produisant des radicaux libres d'eau (hydroxyle ou radical OH). Parce que les radicaux libres ont des électrons non appariés, ils essaient ardemment d'interagir avec l'ADN, les protéines, les lipides dans les membranes cellulaires et tout ce qu'ils peuvent trouver. L'épave qui en résulte peut entraîner une défaillance des organites, bloquer la division cellulaire ou entraîner la mort cellulaire.
L'élimination de l'eau dans les cellules humaines n'est probablement pas une solution pratique pour nous afin de minimiser notre exposition aux rayonnements dans l'espace. La science-fiction a longtemps joué avec l'idée de mettre les gens en animation suspendue pour de longs voyages dans l'espace, mais transformer les humains en raisins secs desséchés et desséchés, puis les réhydrater, n'est pas médicalement possible - ou très attrayant. Même si nous pouvions développer une telle procédure, une fois les raisinettes humaines réhydratées, elles seraient à nouveau susceptibles d'être endommagées par les radiations.
Peut-être qu'un jour, nous pourrons génétiquement fabriquer des humains pour qu'ils aient les mêmes systèmes de super-réparation des radiations que les micro-organismes comme D. radiodurans. Mais même si un tel bricolage avec le génome humain était possible, ces organismes robustes ne sont pas résistants à 100% aux radiations, de sorte que les problèmes de santé persisteraient.
Ainsi, des trois mécanismes connus que la vie a mis au point pour lutter contre les dommages causés par les rayonnements - barrières, réparation et dessiccation - la solution la plus immédiate pour le vol spatial humain serait de concevoir de meilleures barrières contre les radiations. Anitori pense que ses études sur les organismes de la source de Paralana pourraient un jour nous aider à créer de telles barrières.
"Peut-être que la nature nous apprendra, imitant certains des mécanismes de protection utilisés par les microbes", déclare-t-il.
Et Rothschild dit que les études de radiation pourraient également fournir des leçons importantes alors que nous envisageons d'établir des communautés sur la Lune, Mars et d'autres planètes.
"Quand nous commencerons à construire des colonies humaines, nous allons emmener des organismes avec nous. Vous allez finalement vouloir faire pousser des plantes, et peut-être créer une atmosphère sur Mars et sur la Lune. Nous ne voulons peut-être pas dépenser l'effort et l'argent pour les protéger complètement des rayons UV et cosmiques. »
De plus, dit Rothschild, «les humains sont pleins de microbes et nous ne pourrions pas survivre sans eux. Nous ne savons pas quel effet le rayonnement aura sur cette communauté associée, et cela peut être plus un problème que l'effet direct du rayonnement sur les humains. "
Elle pense que ses études seront également utiles dans la recherche de vie sur d'autres mondes. En supposant que d'autres organismes de l'univers sont également basés sur le carbone et l'eau, nous pouvons postuler dans quelles conditions extrêmes ils pourraient survivre.
"Chaque fois que nous trouvons un organisme sur Terre qui peut vivre de plus en plus dans un extrême environnemental, nous avons augmenté la taille de cette enveloppe de ce que nous savons que la vie peut survivre à l'intérieur", explique Rothschild. «Donc, si nous allons dans un endroit sur Mars qui a un certain flux de rayonnement, une dessiccation et une température, nous pouvons dire:« Il existe des organismes sur Terre qui peuvent vivre dans ces conditions. Il n'y a rien qui empêche la vie d'y vivre. "Maintenant, que la vie soit là ou non est une autre affaire, mais au moins, nous pouvons dire que c'est l'enveloppe minimale pour la vie."
Par exemple, Rothschild pense que la vie pourrait être possible dans les croûtes de sel sur Mars, qui sont similaires aux croûtes de sel sur Terre où les organismes trouvent un abri contre les UV solaires. Elle regarde également la vie sous la glace et la neige sur Terre et se demande si les organismes pourraient vivre une existence relativement protégée contre les radiations sous la glace de la lune Europa de Jupiter.
Source d'origine: NASA Astrobiology
