Bjørnedyr i rummet

Kandidater til stjernerejse søges: Væsener af den rette støbning

Mennesker bliver ikke de første jordboer, der forlader vores klode og rejser til stjernerne. Forskerne bag Starlight-projektet er på jagt efter de bedst egnede astronauter til mikrosonder, som skal skydes på langfart ved hjælp af laser. Blandt kandidaterne er bjørnedyr, rundorme og en særlig hårdfør bakterie.

Mennesker bliver ikke de første jordboer, der forlader vores klode og rejser til stjernerne. Forskerne bag Starlight-projektet er på jagt efter de bedst egnede astronauter til mikrosonder, som skal skydes på langfart ved hjælp af laser. Blandt kandidaterne er bjørnedyr, rundorme og en særlig hårdfør bakterie.

Claus Lunau

Du kan lide, når der er fart på, og tager ikke skade af en solid dosis stråling. Og så kan du klare dig i årevis uden mad og drikke. Hvis du kan svare ja til alle tre punkter, er du sandsynligvis den kandidat, vi søger.

Nogenlunde sådan ville jobopslaget lyde, hvis forskerne bag Starlight-projektet annoncerede efter de kandidater, de skal bruge til en kommende stjernerejse. Men annoncen bliver næppe indrykket, for ingen af de væsener, der opfylder kravene, kan læse.

De strikse krav udelukker selvfølgelig alle mennesker, og rumsonderne, som en kraftig laser på Jorden skal skyde ud mod stjernerne, bliver desuden ekstremt små – mindre end et kreditkort. Derfor vil forskerne fra UC Santa Barbara i Californien, der står bag Starlight-projektet, i stedet bemande fartøjerne med små og ekstremt hårdføre væsener: bjørnedyr, rundorme og bakterier.

De små astronauter skal give indsigt i, hvordan biologisk liv påvirkes af rummets barske miljø – og af den ekstreme acceleration, der er nødvendig for at tilbagelægge afstandene til selv de nærmeste stjerner.

Består dyrene testen, kan mennesker måske kopiere deres superkræfter – bl.a. bakterien Deinococcus radiodurans’ helt særlige våben mod stråleskader – og blive de næste, der rejser til stjernerne.

Ekstrem laser skubber sonden

Traditionelle kemiske raketter er helt utilstrækkelige, når destinationen er et andet solsystem.

Rumsonden Voyager 1, der blev sendt afsted i 1977 og i dag er nået ud af Solsystemet, rejser fx med en hastighed på ca. 55.000 km i timen. Med den fart ville det tage op mod 80.000 år at nå frem til Solens nærmeste nabostjerne, Proxima Centauri, der befinder sig 4,25 lysår eller ca. 42 billioner kilometer væk.

Proxima Centauri

Starlight-projektet vil sende mikrosonder bemandet med ekstremt hårdføre dyr til de nærmeste stjerner – fx Proxima Centauri, der er 4,25 lysår fra Jorden.

© L. Calçada/ESO

Men Starlight-projektets laserteknologi, der kaldes DEEP-IN, rykker radikalt ved grænsen for, hvor hurtigt rumfartøjer kan flyve.

Ved at koncentrere energi i en laserstråle, der afsendes fra Jorden, bombarderes et fartøj med lyspartikler, fotoner. Rumfartøjet er udstyret med en form for sejl, der opsamler fotonerne og skaber en ekstraordinær acceleration.

Et af målene for Starlight-projektet er at accelerere fartøjer op på 25 pct. af lysets hastighed, hvilket svarer til næsten 270.000.000 km/t. Med DEEP-IN-teknologien når rejsetiden til Proxima Centauri ned på 25 år.

Dvale

Skruer livet ned på laveste blus

For at nå op på så høj en hastighed er forskerne bag Starlight-projektet nødt til at reducere fartøjets samlede vægt til et absolut minimum. Store rumskibe er altså ude af billedet. I stedet skal små mikrosonder kaldet StarChips sendes afsted.

Mikrosonderne er mindre og tyndere end et kreditkort og vil veje maks. 1 gram, og det indsnævrer antallet af mulige astronautkandidater.

Starlight laser

En kraftig laser på Jorden bombarderer sondens sejl med lyspartikler. Det svage pres fra lyset accelererer den kun 1 g tunge sonde op til 25 pct. af lysets hastighed.

© Q. Zhang

Men de organismer, der er små nok til at boarde mikrosonderne, er også ideelle astronauter af en anden grund: Deres behov for mad og drikke er betydelig lavere end større organismers. Og blandt disse formår en lille elite at slukke næsten helt for forbrændingen.

Når de bliver udsat for ekstreme betingelser som fx frysende temperaturer, vandmangel eller mangel på næring, går de i en form for dvaletilstand kaldet kryptobiose, indtil omgivelserne igen bliver gunstigere.

Bjørnedyr tåler minus 273 °C

I kryptobiose ophører alle biologiske processer, og stofskiftet simrer på lavest mulige blus med en forbrænding i nærheden af nul kalorier. Samtidig hærdes organismerne, så deres overlevelseschancer under ekstreme betingelser som fx det interstellare rum bliver større.

Det 0,5 mm store bjørnedyr er en mester i kryptobiose. Dyret kan ikke blot klare sig uden mad og drikke, men kan også overleve temperaturer fra 150 °C helt ned til -273 °C.

Bjørnedyr
© Sebastian Kaulitzki/SPL

Bjørnedyret er ekspert i dvale

Dyret kan gå i kryptobiose i mindst 100 år. I dvaletilstanden går alle processer i stå, og stofskiftet daler til 0,01 pct. af det normale. Bjørnedyret danner desuden et særligt protein, der beskytter dets dna mod strålingsskader.

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

Bjørnedyret har allerede bevist sin hårdførhed på flere rumrejser til bl.a. Den Internationale Rumstation, ISS, men evnen til at gå i kryptobiose findes også hos andre dyr, fx rundormen Caenorhabditis elegans og saltsørejer.

Acceleration

Orm klarer g-kraft på 400.000

Starlight-projektets astronauter skal ikke blot kunne leve af nærmest ingenting. De skal også kunne modstå enorme g-kræfter.

Ved den acceleration, som Starlight-projektet sigter efter, vil de små passagerer blive udsat for 100.000-10.000.000 g.

Mennesker kan ikke tolerere en g-kraft på 9 g i mere end et par sekunder. Her vil kroppen føles ni gange så tung som normalt og blodet strømme ned mod fødderne så kraftigt, at hjertet ikke kan pumpe nok blod op til hovedet.

Iltmanglen i hjernen vil hurtigt få personen til at besvime og til sidst dø.

For at teste, hvilke organismer der bedst kan håndtere så voldsomme accelerationer, anvender forskere typisk centrifuger. Forsøgene viser, at den kun 1 mm lange rundorm C. elegans er en af de mest lovende kandidater.

Caenorhabditis-elegans
© Steve Gschmeissner/SPL

Orm tåler ekstrem acceleration

Rundormen C. elegans kan klare accelerationskræfter på 400.000 g. Derudover tåler den nedfrysning og kan stadig få afkom efter årtier i fryseren. Ormens livscyklus varer desuden blot 14 dage, og den er dermed et ideelt forsøgsdyr.

  • Stråling: 1-3 stjerner
  • Dvale: 5 stjerner
  • Acceleration: 5 stjerner

Forskere fra University of São Paulo i Brasilien har udsat C. elegangs-orme for op mod 400.000 g, og til deres overraskelse var der ingen negative konsekvenser at spore. Den massive g-kraft reducerede hverken ormenes levedygtighed, adfærd, udvikling eller stofskifte.

Dermed klarer ormen sig bedre end bjørnedyret, der “kun” tåler op til 16.000 g.

Stråling

Hårdfør bakterie er strålekonge

Uden for Jordens atmosfære og magnetiske felt bliver astronauter udsat for intens kosmisk stråling.

Når menneskelige astronauter er i rummet, udsættes de for en stråling på 50-2000 mSv (millisievert). Men alt over 100 mSv anses for at være farligt for helbredet. Blot 1 mSv svarer til tre røntgenscanninger af brystet.

100 Gy i stråledosis dræber de fleste dyr. Bakterien Deinococcus radiodurans kan overleve 10.000 Gy.

Bjørnedyr kan overleve alle slags ioniserende stråling. I et forsøg overlevede halvdelen af de bjørnedyr, som blev bombarderet med massiv gammastråling på 4700 Gy (gray) i 18 timer.

Langt de fleste organismer vil dø af stråling over 100 Gy, men bjørnedyr er ikke ene om at have en høj tolerance. Strålekongen er bakterien Deinococcus radiodurans, som kan modstå gammastråling på 10.000 Gy.

Deinococcus-radiodurans
© Michael J Daly/SPL

Bakterie modstår kraftig stråling

Deinococcus radiodurans laver utallige kopier af sit genom og har desuden enzymer, som reparerer stråleskader på dna’et. Det gør den i stand til at modstå gammastråling på 10.000 Gy. Bakterien tåler desuden en ekstrem acceleration.

  • Stråling: 5 stjerner
  • Dvale: 4 stjerner
  • Acceleration: 5 stjerner

Til sammenligning vil 4 Gy være nok til at slå halvdelen af en gruppe mennesker ihjel, og mere end 20 Gy vil slå alle ihjel.

Forsøgsdyr tøs op ved ankomst

Starlight-projektet har fået støtte fra NASA, men hvornår det kan blive til virkelighed, er endnu uvist. Forskerne bag projektet har dog en klar plan for, hvordan stjernerejserne skal foregå, når de bedst egnede kandidater er udvalgt.

Hundredvis af de små, hårdføre væsener vil blive nedfrosset i en tilstand af kryptobiose og skudt afsted mod Proxima Centauri eller en anden af Solens nabostjerner.

Når rumsonderne nærmer sig destinationen, bliver de frosne passagerer vækket af deres årelange dvale med varmen fra små mængder plutonium, og en række forsøg går i gang. De skal bl.a. belyse, hvordan accelerationen og rummet påvirker dyrenes formering, stofskifte og aldring.

25 år tager den 42 billioner km lange rejse til Solens nabostjerne Proxima B med laserdrevne sonder.

Selvom de små astronauter er meget forskellige fra mennesker, er der også overraskende store ligheder; fx findes mere end 80 pct. af proteinerne i ormen C. elegans også i menneskelige udgaver.

C. elegans kan også trænes til at forbinde bestemte dufte med føde og har i forsøg på Jorden kunnet huske det lærte i op til 40 timer. Forskerne vil gerne teste ormens hukommelse i rummet, da det måske kan give et første fingerpeg om, hvordan stjernerejser vil påvirke mennesker.

Mennesker tager den næste tur

Måske kan Starlight-projektets lasere en dag opskaleres, så de ikke blot kan skubbe mikrosonder, men egentlige rumfartøjer med mennesker ombord ud mod stjernerne.

Forskere er allerede i gang med at undersøge, om mennesker kan udstyres med nogle af de egenskaber, der gør bjørnedyr, rundorme og bakterier til ideelle astronauter.

Mennesker kan formentlig ikke gå i kryptobiose, men måske kan de bringes i en søvnlignende dvale med lavere stofskifte i flere måneder ad gangen.

En stjernerejse vil byde på umenneskelige udfordringer: bombardementer af stråling, knusende acceleration og årelang rejsetid. Men nogle af problemerne kan måske løses ved at lære af dyrene.

DNA-strenge
© Shutterstock & Lotte Fredslund

Genterapi beskytter mod stråling

Bjørnedyret beskytter sine celler mod stråling med proteinet Dsup. I forsøg, hvor forskere indsatte genet, der danner det beskyttende protein, i menneskeceller og udsatte dem for røntgenstråling, faldt dna-skaderne med 40 pct.

G kraft
© Hulton Archive/Getty Image

Mennesker er g-kraft-svæklinge

Stjernerejser inden for et menneskes levetid kræver en ekstrem fart. Starlight-sonderne skal opsendes med accelerationer over 100.000 g, men mennesker besvimer og dør efter et par minutter med 9 g. Problemet har ingen kendt løsning.

Sovende astronaut
© Henning Dalhoff/SPL

Astronauter skal sove hele vejen

For at spare mad og drikke på rejsen kan astronauterne måske bringes i en dvalelignende tilstand, der kaldes torpor. Forskere har sendt rotter i torpor med stoffer, der slukker for områder i hjernen, som kontrollerer stofskiftet.

Stjernerejser indebærer dog stadig betydelige udfordringer for mennesker, ikke mindst når det gælder den ekstreme acceleration. Men lykkes det en dag at overvinde problemerne, kan vi takke millimetersmå væsener af den rette støbning for at have banet vejen til stjernerne.