Trögkrypare i rymden

Kandidater till stjärnresa sökes – varelser av rätta virket

Människan kommer inte att bli den första jordbon att lämna planeten och resa till stjärnorna. Forskarna bakom projektet Starlight är på jakt efter de bäst lämpade astronauterna till deras mikrosonder, som ska åka på laserdriven långfärd. Bland kandidaterna finns trögkrypare, rundmaskar och en särskilt tuff bakterie.

Människan kommer inte att bli den första jordbon att lämna planeten och resa till stjärnorna. Forskarna bakom projektet Starlight är på jakt efter de bäst lämpade astronauterna till deras mikrosonder, som ska åka på laserdriven långfärd. Bland kandidaterna finns trögkrypare, rundmaskar och en särskilt tuff bakterie.

Claus Lunau

Du tycker om när det går undan och du tål rejäla doser strålning – och några år utan mat och dryck är inget problem. Om du kan svara ja på alla de här tre beskrivningarna är du sannolikt den kandidat vi söker.

Ungefär så skulle platsannonsen låta om forskarna bakom projektet Starlight hade satt in en sådan i sin jakt på kandidater inför en framtida stjärnresa. Någon annons lär det emellertid inte bli, eftersom ingen av dem som uppfyller kraven kan läsa.

De höga kraven utesluter naturligtvis alla människor. Rymdsonderna, som ska knuffas iväg mot stjärnorna med hjälp av en kraftfull laser på jorden, är dessutom extremt små – mindre än ett kreditkort. Därför kommer forskarna vid UC Santa Barbara i Kalifornien, som ligger bakom Starlightprojektet, i stället att bemanna sina farkoster med små, extremt tåliga varelser som trögkrypare, rundmaskar och bakterier.

De små astronauterna ska hjälpa oss att lära oss mer om hur biologiskt liv påverkas av rymdens ogästvänliga miljö och av den extrema acceleration som krävs för att tillryggalägga de långa avstånden till även de mest närbelägna stjärnorna.

Om djuren klarar testet kan kanske vi människor kopiera deras superkrafter, bland annat bakterien Deinococcus radiodurans unika vapen mot strålskador, och stå näst i tur att resa till stjärnorna.

Extremt stark laser sätter fart på sonden

Traditionella kemiska raketer räcker inte när destinationen är ett annat solsystem.

Rymdsonden Voyager 1, som sändes iväg år 1977 och i dag har lämnat solsystemet, färdas exempelvis i en hastighet av cirka 55 000 kilometer i timmen. I den hastigheten skulle det ta omkring 80 000 år att nå fram till solens närmaste grannstjärna Proxima Centauri, som befinner sig 4,25 ljusår eller cirka 42 biljoner kilometer bort.

Proxima Centauri

I Starlightprojektet ska man sända mikrosonder bemannade med extremt tåliga djur till de närmaste stjärnorna, däribland Proxima Centauri, som ligger 4,25 ljusår från jorden.

© L. Calçada/ESO

Deep-in, Starlightprojektets laserteknik, flyttar radikalt gränsen för hur fort rymdfarkoster kan flyga.

Genom att samla energi i en laserstråle som avges från jorden bombarderas en farkost med ljuspartiklar, fotoner. Rymdfarkosten har försetts med ett slags segel som samlar in fotonerna och ger upphov till en extrem acceleration.

Ett av målen med Starlightprojektet är att få farkoster att accelerera till 25 procent av ljusets hastighet, motsvarande närmare 270 miljoner kilometer i timmen. Med Deep-in-tekniken får man ner restiden till Proxima Centauri till 25 år.

Dvala

Sätter livet på sparlåga

För att komma upp i en så hög hastighet måste forskarna bakom Starlightprojektet få ner farkostens vikt till ett absolut minimum. Stora rymdskepp är med andra ord inte aktuella. I stället ska små mikrosonder, så kallade StarChips, sändas iväg.

Dessa mikrosonder, som är både mindre och tunnare än ett kreditkort, ska väga högst ett gram, vilket begränsar antalet tänkbara astronautkandidater.

Starlight laser

En stark laser på jorden bombarderar sondens segel med ljuspartiklar. Det svaga trycket från ljuset får den endast ett gram tunga sonden att accelerera till 25 procent av ljusets hastighet.

© Q. Zhang

Organismer som är tillräckligt små för att kunna vistas på mikrosonderna är även idealiska astronauter av en annan anledning: Deras behov av mat och dryck är betydligt mindre än större organismers – och bland denna grupp djur kan en liten elit stänga av sin ämnesomsättning nästan helt.

När de utsätts för extrema förhållanden, till exempel mycket låga temperaturer, avsaknad av vatten eller näringsbrist, går de in i ett dvalliknande tillstånd, anabios, tills förhållandena blir bättre.

Trögkryparen tål minus 273 grader

Vid anabios upphör alla biologiska processer och ämnesomsättningen sätts på lägsta möjliga sparlåga med en förbränning i närheten av noll kalorier. Samtidigt härdas organismerna, så att deras överlevnadschans under extrema förhållanden, till exempel i den interstellära rymden, ökar.

Den 0,5 millimeter långa trögkryparen är en mästare på anabios. Djuret klarar sig inte bara utan mat och dryck, utan kan även överleva temperaturer från 150 ända ner till minus 273 grader.

Trögkrypare
© Sebastian Kaulitzki/SPL

Trögkryparen är expert på dvala

Djuret kan befinna sig i anabios i minst 100 år. I det dvalliknande tillståndet avstannar alla processer och ämnesomsättningen sjunker till 0,01 procent av den normala. Trögkryparen bildar dessutom ett särskilt protein, som skyddar dess dna mot strålskador.

  • Strålning: 4 stjärnor
  • Dvala: 5 stjärnor
  • Acceleration: 3 stjärnor

Trögkryparen har redan visat prov på sin hårdförhet under flera rymdresor, bland annat till den internationella rymdstationen ISS, men anabios förekommer även hos andra djur, exempelvis rundmasken Caenorhabditis elegans och saltkräftor.

Acceleration

Mask tål g-kraft på 400 000

Starlightprojektets astronauter behöver inte bara kunna överleva på nästan ingenting. De måste också tåla enorma g-krafter.

Vid den acceleration som Starlightprojektet siktar in sig på kommer de små passagerarna att utsättas för mellan 100 000 och tio miljoner g.

Människor tål inte att utsättas för mer än nio g, och då bara i ett par sekunder. Då känns kroppen nio gånger tyngre än normalt och blodet strömmar ner till fötterna med en sådan kraft att hjärtat inte klarar av att pumpa upp tillräckligt mycket blod till huvudet.

Syrebristen i hjärnan får därför snart personen att svimma och slutligen dö.

För att testa vilka organismer som är bäst på att hantera en så kraftig acceleration använder forskare vanligen centrifuger. Försöken visar att den endast en millimeter långa rundmasken Caenorhabditis elegans är en av de mest lovande kandidaterna.

Caenorhabditis elegans
© Steve Gschmeissner/SPL

Mask tål extrem acceleration

Rundmasken Caenorhabditis elegans överlever accelerationskrafter på 400 000 g. Dessutom tål den att frysas ner, och den kan fortplanta sig även efter årtionden i nedfryst tillstånd. Maskens livscykel är dessutom bara 14 dagar lång, vilket gör den till ett idealiskt försöksdjur.

  • Strålning: 1–3 stjärnor
  • Dvala: 5 stjärnor
  • Acceleration: 5 stjärnor

Forskare vid Universitetet i São Paulo i Brasilien har utsatt maskar av arten Caenorhabditis elegans för närmare 400 000 g, och till deras förvåning gick det inte att se några negativa konsekvenser. Den extrema g-kraften försämrade varken maskarnas livsduglighet, beteende, utveckling eller ämnesomsättning.

Därmed klarar sig masken bättre än trögkryparen, som ”bara” tål upp till 16 000 g.

Strålning

Hårdför bakterie är strålningskung

Utanför jordens atmosfär och magnetfält utsätts astronauter för stark kosmisk strålning.

När mänskliga astronauter befinner sig i rymden utsätts de för en strålning på mellan 50 och 2 000 millisievert. Allt över 100 millisievert räknas som hälsovådligt. Redan en millisievert motsvarar tre bröströntgenundersökningar.

100 gray dödar de flesta djur. Bakterien Deinococcus radiodurans kan överleva 10 000 gray.

Trögkrypare tål alla typer av joniserande strålning. I ett försök överlevde hälften av trögkryparna som bombarderades med stark gammastrålning på 4 700 gray i 18 timmar.

De allra flesta organismer dör av strålning över 100 gray, men trögkrypare är faktiskt inte ensamma om att tåla höga strålningsdoser. Den verkliga strålningskungen är bakterien Deinococcus radiodurans, som tål så stark gammastrålning som 10 000 gray.

Deinococcus radiodurans
© Michael J Daly/SPL

Bakterie tål stark strålning

Deinococcus radiodurans producerar otaliga kopior av sitt genom och har dessutom enzymer som reparerar strålskador på dna. Det gör att den tål att utsättas för så hög gammastrålning som 10 000 gray. Bakterien överlever dessutom en extrem accelerationskraft.

  • Strålning: 5 stjärnor
  • Dvala: 4 stjärnor
  • Acceleration: 5 stjärnor

I jämförelse räcker fyra gray för att döda hälften av en grupp människor, medan över 20 gray dödar alla.

Försöksdjur tinas upp vid ankomsten

Starlight har fått stöd av Nasa, men när projektet kan förverkligas är ännu ovisst. Forskarna bakom projektet har dock en plan för hur stjärnresorna ska gå till när de bäst lämpade kandidaterna väl valts ut.

Hundratals av de små, hårdföra varelserna kommer att frysas ner i ett tillstånd av anabios och sändas mot antingen Proxima Centauri eller någon annan av solens grannstjärnor.

När rymdsonderna närmar sig destinationen väcks de nedfrysta passagerarna ur sin mångåriga dvala med värmen från små mängder plutonium, varefter ett antal försök inleds. De ska bland annat visa hur accelerationen och rymden påverkar djurens fortplantning, ämnesomsättning och åldrande.

25 år tar den 42 biljoner kilometer långa resan till solens grannstjärna Proxima B med laserdrivna sonder.

De små astronauterna skiljer sig visserligen mycket från oss människor, men det finns även förvånansvärt stora likheter. Över 80 procent av proteinerna i masken Caenorhabditis elegans finns exempelvis även i mänskliga varianter.

Caenorhabditis elegans kan också lära sig att förknippa vissa dofter med föda och har i försök på jorden kunnat minnas det de lärt sig i upp till 40 timmar. Forskarna vill gärna testa maskens minne i rymden, eftersom det skulle kunna ge en första fingervisning om hur stjärnresor kommer att påverka oss människor.

Människor gör nästa resa

Kanske kan Starlightprojektets lasrar en dag skalas upp så att de inte bara kan knuffa mikrosonder mot stjärnorna, utan även stora rymdfarkoster med människor ombord.

Forskare arbetar redan nu med att undersöka om människor kan förses med några av de egenskaper som gör trögkryparna, rundmaskarna och bakterierna till idealiska astronauter.

Anabios är troligen inte aktuellt för oss människor, men kanske kan vi försättas i en sömnliknande dvala med lägre ämnesomsättning i flera månader.

En stjärnresa kommer att medföra fullkomligt omänskliga utmaningar som strålningsbombardemang, förkrossande acceleration och flera år i en rymdfarkost. Men vissa av problemen kan vi kanske lösa genom att lära oss av djuren.

Dna-strängar
© Shutterstock & Lotte Fredslund

Genterapi skyddar mot strålning

Trögkryparen skyddar sina celler mot strålning med hjälp av proteinet Dsup. I försök där forskare har satt in den gen som bildar det skyddande proteinet i människoceller och utsatt dem för röntgenstrålning minskade skadorna på dna med 40 procent.

G-kraft
© Hulton Archive/Getty Image

Människor är g-kraftsmesar

Stjärnresor inom en människas livstid kräver extrema hastigheter. Starlightsonderna ska sändas iväg med accelerationer över 100 000 g, men redan vid nio g svimmar och dör människor inom loppet av ett par minuter. Detta problem har vi ännu ingen lösning på.

Sovande astronaut
© Henning Dalhoff/SPL

Astronauter ska sova under hela resan

För att inte behöva äta och dricka under resan kan astronauterna eventuellt försättas i ett dvalliknande tillstånd som kallas torpor. Forskare har försatt råttor i torpor med substanser som stänger av de delar av hjärnan som kontrollerar ämnesomsättningen.

Stjärnresor medför dock stora utmaningar för oss människor, inte minst när det gäller den extrema accelerationen. Men om vi en vacker dag lyckas övervinna dessa problem kan vi tacka millimetersmå varelser av rätta virket för att ha banat väg till stjärnorna åt oss.