Bjørnedyr i rummet

Kandidater til stjernereise søkes: Vesener av den rette støpningen

Mennesker blir ikke de første jordboerne som forlater kloden vår og reiser til stjernene. Forskerne som står bak Starlight-prosjektet, er på jakt etter de best egnede astronautene til mikrosonder som skal skytes på langfart ved hjelp av laser. Blant kandidatene er bjørnedyr, rundormer og en spesielt hardfør bakterie.

Mennesker blir ikke de første jordboerne som forlater kloden vår og reiser til stjernene. Forskerne som står bak Starlight-prosjektet, er på jakt etter de best egnede astronautene til mikrosonder som skal skytes på langfart ved hjelp av laser. Blant kandidatene er bjørnedyr, rundormer og en spesielt hardfør bakterie.

Claus Lunau

Du trives med høyt tempo og tar ikke skade av en solid dose stråling. Og så kan du klare deg i årevis uten mat og drikke. Hvis du kan svare ja på alle de tre punktene, er du sannsynligvis den kandidaten vi er på utkikk etter.

Noenlunde slik ville jobbannonsen sett ut hvis forskerne som står bak Starlight-prosjektet, annonserte etter de kandidatene de trenger til en framtidig stjernereise. Men annonsen blir neppe rykket inn, for ingen av de vesenene som oppfyller kravene, kan lese.

De strenge kravene utelukker selvfølgelig alle mennesker, og romsondene som en kraftig laser på jorden skal skyte ut mot stjernene, blir dessuten ekstremt små – mindre enn et kredittkort. Derfor vil forskerne ved California-universitetet i Santa Barbara som står bak Starlight-prosjektet, i stedet bemanne fartøyene med små og ekstremt hardføre vesener: bjørnedyr, rundormer og bakterier.

De små astronautene skal gi innsikt i hvordan biologisk liv påvirkes av det brutale miljøet i verdensrommet – og av den ekstreme akselerasjonen som er nødvendig for å tilbakelegge avstandene til selv de nærmeste stjernene.

Hvis dyrene består testen, kan mennesker kanskje kopiere superkreftene deres – bakterien Deinococcus radiodurans har for eksempel helt egne våpen mot stråleskader – og bli de neste som reiser til stjernene.

Ekstrem laser skyver sonden

Tradisjonelle kjemiske raketter er helt utilstrekkelige når reisemålet er et annet solsystem.

Romsonden Voyager 1, som ble sendt av sted i 1977 og i dag har kommet ut av solsystemet, holder for eksempel en hastighet på om lag 55 000 kilometer i timen. Med den farten ville det ta opp mot 80 000 år å komme fram til solens nærmeste nabostjerne, Proxima Centauri, som befinner seg 4,25 lysår eller om lag 42 billioner kilometer unna.

Proxima Centauri

Starlight-prosjektet vil sende mikrosonder bemannet med ekstremt hardføre dyr til de nærmeste stjernene – for eksempel Proxima Centauri, som er 4,25 lysår fra jorden.

© L. Calçada/ESO

Men Starlight-prosjektets laserteknologi, som kalles DEEP-IN, endrer radikalt på grensen for hvor raskt romfartøyer kan fly.

Ved å konsentrere energi i en laserstråle som sendes fra jorden, bombarderer man et fartøy med lyspartikler, fotoner. Fotonene treffer et slags seil på romfartøyet og gir fartøyet en helt ekstraordinær akselerasjon.

Et av målene for Starlight-prosjektet er å akselerere fartøyer opp til 25 prosent av lysets hastighet, det vil si nesten 270 000 000 km/t. Med DEEP-IN-teknologien blir reisetiden til Proxima Centauri kortet ned til bare 25 år.

Dvale

Skrur ned livet på lavbluss

For å komme opp i så høy hastighet er forskerne som står bak Starlight-prosjektet, nødt til å redusere fartøyets samlede vekt til et absolutt minimum. Store romskip er altså uaktuelt. I stedet skal små mikrosonder som kalles StarChips, sendes av sted.

Mikrosondene er mindre og tynnere enn et kredittkort og vil veie maksimum 1 gram, og det innsnevrer antallet mulige astronautkandidater.

Starlight laser

En kraftig laser på jorden bombarderer sondens seil med lyspartikler. Det svake presset fra lyset akselererer den bare ett gram tunge sonden opp til 25 prosent av lysets hastighet.

© Q. Zhang

Men de organismene som er små nok til å stige om bord på mikrosondene, er også ideelle astronauter av en annen grunn: Behovet deres for mat og drikke er betydelig lavere enn for større organismer. Og en liten elite klarer til og med å skru forbrenningen nesten helt av.

Når de blir utsatt for ekstreme betingelser som for eksempel lave temperaturer, vannmangel eller mangel på næring, går de i en form for dvaletilstand som kalles kryptobiose, helt til omgivelsene igjen blir gunstigere.

Bjørnedyr tåler minus 273 °C

I kryptobiose opphører alle biologiske prosesser, og stoffskiftet går på lavbluss med en forbrenning i nærheten av null kalorier. Samtidig herdes organismene slik at overlevelsessjansene under ekstreme betingelser som for eksempel i verdensrommet blir større.

Det 0,5 millimeter store bjørnedyret er en mester i kryptobiose. Ikke bare klarer dyret seg uten mat og drikke. Det kan også overleve temperaturer fra 150 °C og helt ned til –273 °C.

Bjørnedyr
© Sebastian Kaulitzki/SPL

Bjørnedyret er ekspert på dvale

Dyret kan være i kryptobiose i minst hundre år. I dvaletilstanden går alle prosesser i stå, og stoffskiftet faller til 0,01 prosent av det normale. Bjørnedyret danner dessuten et spesielt protein som beskytter DNA-et mot strålingsskader.

  • Stråling: 4 stjerner
  • Dvale: 5 stjerner
  • Akselerasjon: 3 stjerner

Bjørnedyret har allerede bevist sin hardførhet på flere romreiser til blant annet Den internasjonale romstasjonen, men evnen til å gå i kryptobiose finnes også hos andre dyr, for eksempel rundormen Caenorhabditis elegans og saltsjøreker.

Akselerasjon

Orm tåler 400 000 G

Starlight-prosjektets astronauter må ikke bare kunne leve av nærmest ingenting. De må også tåle enorme g-krefter.

Ved den akselerasjonen som Starlight-prosjektet tar sikte på, vil de små passasjerene bli utsatt for mellom 100 000 og 10 000 000 g.

Mennesker kan ikke tolerere en g-kraft på 9 g i mer enn et par sekunder. Da vil kroppen føles ni ganger så tung som normalt og blodet strømme ned mot føttene. Det gjør at hjertet etter hvert ikke klarer å pumpe nok blod opp til hodet.

Oksygenmangelen i hjernen vil raskt få personen til å besvime og til slutt dø.

For å teste hvilke organismer som best kan håndtere så voldsom akselerasjon, bruker forskere vanligvis sentrifuger. Forsøkene viser at den bare 1 millimeter lange rundormen C. elegans er en av de mest lovende kandidatene.

Caenorhabditis-elegans
© Steve Gschmeissner/SPL

Orm tåler ekstrem akselerasjon

Rundormen C. elegans tåler akselerasjonskrefter på 400 000 g. I tillegg tåler den nedfrysingen og kan fortsatt få avkom etter tiår i fryseren. Ormens livssyklus varer dessuten bare 14 dager, og den er dermed et ideelt forsøksdyr.

  • Stråling: 1–3 stjerner
  • Dvale: 5 stjerner
  • Akselerasjon: 5 stjerner

Forskere ved universitetet i São Paulo i Brasil har utsatt C. elegans-ormer for opp mot 400 000 g, og til sin overraskelse fant de ingen negative konsekvenser. Den enorme g-kraften påvirket verken ormenes levedyktighet, atferd, utvikling eller stoffskifte.

Dermed klarer ormen seg bedre enn bjørnedyret, som «bare» tåler opp til 16 000 g.

Stråling

Hardfør bakterie er strålingskonge

Utenfor jordens atmosfære og magnetfelt blir astronauter utsatt for intens kosmisk stråling.

Når menneskelige astronauter befinner seg i verdensrommet, utsettes de for en stråling på 50–2000 mSv(millisievert). Men alt over 100 mSv anses som farlig for helsa. Bare 1 mSv svarer til tre røntgenskanninger av brystet.

100 Gy i stråledose dreper de fleste dyr. Bakterien Deinococcus radiodurans kan overleve 10 000 Gy.

Bjørnedyr kan overleve alle typer ioniserende stråling. I et forsøk overlevde halvparten av de bjørnedyrene som ble bombardert med massiv gammastråling på 4700 Gy (gray) i 18 timer.

De aller fleste organismer vil dø av stråling over 100 Gy, men bjørnedyr er ikke alene om å ha en høy toleranse. Strålingskongen er bakterien Deinococcus radiodurans, som kan tåle gammastråling på 10 000 Gy.

Deinococcus-radiodurans
© Michael J Daly/SPL

Bakterie tåler kraftig stråling

Deinococcus radiodurans lager utallige kopier av genomet sitt og har dessuten enzymer som reparerer stråleskader på DNA-et. Det gjør den i stand til å tåle gammastråling på 10 000 Gy. Bakterien tåler dessuten en ekstrem akselerasjon.

  • Stråling: 5 stjerner
  • Dvale: 4 stjerner
  • Akselerasjon: 5 stjerner

Til sammenligning vil 4 Gy være nok til å drepe halvparten av en gruppe mennesker, og mer enn 20 Gy vil drepe alle.

Forsøksdyr tines opp ved ankomst

Starlight-prosjektet har fått støtte fra Nasa, men når det kan bli realisert, er fortsatt usikkert. Forskerne som står bak prosjektet, har imidlertid en klar plan for hvordan stjernereisene skal foregå når de best egnede kandidatene er valgt ut.

Hundrevis av de små hardføre vesenene vil bli frosset ned i kryptobiose og skutt av sted mot Proxima Centauri eller en annen av solens nabostjerner.

Når romsondene nærmer seg reisemålet, blir de frosne passasjerene vekket av sin årelange dvale med varmen fra små mengder plutonium, og en rekke forsøk starter. De skal blant annet belyse hvordan akselerasjonen og verdensrommet påvirker dyrenes formering, stoffskifte og aldring.

25 år tar den 42 billioner kilometer lange reise til solens nabostjerne Proxima B med laserdrevne sonder.

Selv om de små astronautene er veldig ulike oss mennesker, er det også overraskende store likheter; for eksempel finnes mer enn 80 prosent av proteinene i ormen C. elegans også i menneskelige utgaver.

C. elegans kan også trenes til å koble sammen bestemte dufter med mat og har i forsøk på jorden kunnet huske det lærte i opptil 40 timer. Forskerne vil gjerne teste ormens hukommelse i verdensrommet siden det kanskje kan gi en første indikasjon på hvordan stjernereiser vil påvirke mennesker.

Mennesker tar den neste turen

Kanskje kan Starlight-prosjektets lasere en dag skaleres slik at de ikke bare kan dytte mikrosonder mot stjernene, men også romfartøyer med mennesker om bord.

Forskere er allerede i gang med å undersøke om mennesker kan utstyres med noen av de egenskapene som gjør bjørnedyr, rundormer og bakterier til ideelle astronauter.

Mennesker kan antagelig ikke gå i kryptobiose, men kanskje kan de bringes i en søvnlignende dvale med lavere stoffskifte i flere måneder om gangen.

En stjernereise vil by på umenneskelige utfordringer: enorme stråledoser, knusende akselerasjon og årelang reisetid. Men noen av problemene kan kanskje løses ved å lære av dyrene.

DNA-strenge
© Shutterstock & Lotte Fredslund

Genterapi beskytter mot stråling

Bjørnedyret beskytter cellene sine mot stråling med proteinet Dsup. I forsøk der forskere satte inn genet som danner det beskyttende proteinet, i menneskeceller og utsatte dem for røntgenstråling, minket DNA-skadene med 40 prosent.

G kraft
© Hulton Archive/Getty Image

Mennesker er g-kraftsveklinger

Stjernereiser innen et menneskes levetid krever en ekstrem fart. Starlight-sondene skal sendes opp med akselerasjoner på over 100 000 g, men mennesker besvimer og dør etter et par minutter med 9 g. Problemet har ingen kjent løsning.

Sovende astronaut
© Henning Dalhoff/SPL

Astronauter skal sove hele veien

For å spare mat og drikke på reisen kan astronautene kanskje bringes i en dvalelignende tilstand som kalles torpor. Forskere har satt rotter i torpor med stoffer som skrur av områder i hjernen som kontrollerer stoffskiftet.

Stjernereiser innebærer imidlertid fortsatt betydelige utfordringer for mennesker, ikke minst når det gjelder den ekstreme akselerasjonen. Men lykkes det en dag å overvinne problemene, kan vi takke ørsmå vesener av den rette støpningen for å ha banet veien til stjernene.