Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. La publicación contribuyó con el artículo a Expert Voices: Op-Ed & Insights de Space.com.
El primer paso sobre la luna fue uno de los logros más emocionantes de la humanidad. Ahora los científicos están planeando viajes de regreso y soñando con Marte más allá.
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Cuando miramos el cielo nocturno, vemos estrellas y planetas cercanos. Si tenemos la suerte de vivir en un lugar sin contaminación lumínica, podríamos atrapar meteoritos deslizándose por el cielo. Pero los rayos cósmicos, formados por protones, núcleos de helio, iones pesados y electrones, permanecen ocultos. Provienen de estrellas en explosión (rayos cósmicos galácticos) y de nuestro propio sol (eventos de partículas solares).
No discriminan. Estas partículas transportan tanta energía y se mueven tan rápido que pueden arrancar electrones de los átomos y alterar las estructuras moleculares de cualquier material. De esa forma, pueden dañar todo lo que encuentren a su paso, tanto máquinas como humanos.
El campo magnético y la atmósfera de la Tierra nos protegen de la mayor parte de este peligro. Pero fuera de la protección de la Tierra, los viajeros espaciales quedarán expuestos de forma rutinaria. En el espacio profundo, los rayos cósmicos pueden romper cadenas de ADN, alterar proteínas y dañar otros componentes celulares, aumentando el riesgo de enfermedades graves como el cáncer.
El desafío de la investigación es sencillo: medir cómo los rayos cósmicos afectan a los organismos vivos y luego diseñar estrategias para reducir su daño.
Idealmente, los científicos estudiarían estos efectos enviando tejidos, organoides (estructuras similares a órganos creadas artificialmente) o animales de laboratorio (como ratones) directamente al espacio. Eso sucede, pero es caro y difícil. Un enfoque más práctico es simular la radiación cósmica en la Tierra utilizando aceleradores de partículas.
Los simuladores de rayos cósmicos en Estados Unidos y Alemania exponen tejidos, plantas y animales a diferentes componentes de los rayos cósmicos en secuencia. Una nueva instalación de acelerador internacional que se está construyendo en Alemania alcanzará energías aún más altas, igualando niveles encontrados en el espacio que nunca han sido probados en organismos vivos.
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Pero estas simulaciones no son del todo realistas. Muchos experimentos administran la dosis completa de la misión en un solo tratamiento. Esto es como utilizar un tsunami para estudiar los efectos de la lluvia.
En el espacio real, los rayos cósmicos llegan como una mezcla de partículas de alta energía que chocan simultáneamente, no un tipo a la vez. Mis colegas y yo hemos sugerido construir un acelerador de múltiples ramas que podría disparar varios haces de partículas sintonizables a la vez, recreando la radiación mixta del espacio profundo en condiciones controladas de laboratorio. Por ahora, sin embargo, este tipo de instalación existe sólo como una propuesta.
Más allá de mejores pruebas, necesitamos una mejor protección. Los escudos físicos parecen la primera defensa obvia. Los materiales ricos en hidrógeno, como el polietileno y los hidrogeles que absorben agua, pueden ralentizar las partículas cargadas. Aunque se utilizan, o se prevé utilizar, como materiales para naves espaciales, sus beneficios son limitados.
En particular, los rayos cósmicos galácticos, los que llegan desde estrellas lejanas en explosión, son tan energéticos que pueden atravesar un escudo físico. Incluso pueden generar radiación secundaria que aumenta la exposición. Por lo tanto, la protección eficaz mediante el uso únicamente de escudos físicos sigue siendo un gran desafío.
La armadura de la naturaleza
Por eso los científicos están explorando estrategias biológicas. Un enfoque es utilizar antioxidantes. Estas moléculas pueden proteger el ADN de las sustancias químicas nocivas que se producen cuando los rayos cósmicos impactan en las células vivas.
La suplementación con CDDO-EA, un antioxidante sintético, reduce el daño cognitivo causado por la radiación cósmica simulada en ratones hembra. En el estudio, los ratones expuestos a radiación cósmica simulada aprendieron una tarea sencilla más lentamente en comparación con los ratones no expuestos. Sin embargo, los ratones que recibieron el antioxidante sintético se desempeñaron normalmente a pesar de estar expuestos a radiación cósmica simulada.
Otro enfoque implica aprender de organismos con habilidades extraordinarias. Los organismos que hibernan se vuelven más resistentes a la radiación durante la hibernación. Los mecanismos por los que la hibernación protege de la radiación aún no se comprenden completamente. Aún así, es posible inducir condiciones similares a la hibernación en animales que no hibernan y puede hacerlos más radiorresistentes.
Los tardígrados, criaturas microscópicas también conocidas como osos de agua, también son extremadamente radiorresistentes, especialmente cuando están deshidratados. Aunque no podemos hibernar ni deshidratar a los astronautas, las estrategias que utilizan estos organismos para proteger los componentes celulares podrían ayudarnos a preservar otros organismos durante los viajes espaciales largos.
Microbios, semillas, fuentes simples de alimento e incluso animales que luego podrían convertirse en nuestros compañeros podrían mantenerse en un estado protegido por un tiempo. En condiciones más tranquilas, podrían recuperar su plena actividad. Por lo tanto, comprender y aprovechar estos mecanismos de protección podría resultar crucial para futuros viajes espaciales.
Una tercera estrategia se centra en apoyar las propias respuestas al estrés de los organismos. Los factores estresantes en la Tierra, como el hambre o el calor, han impulsado a los organismos a desarrollar defensas celulares que protegen el ADN y otros componentes celulares. En una preimpresión reciente (un artículo que aún no ha sido revisado por pares), mi colega y yo sugerimos que la activación de estos mecanismos a través de dietas o medicamentos específicos puede ofrecer protección adicional en el espacio.
Los escudos físicos por sí solos no serán suficientes. Pero con estrategias biológicas, más experimentos en el espacio y en la Tierra y la construcción de nuevos complejos de aceleradores específicos, la humanidad está cada vez más cerca de hacer realidad los viajes espaciales de rutina. Al ritmo actual, probablemente estemos a décadas de resolver por completo la protección de los rayos cósmicos. Una mayor inversión en la investigación de la radiación espacial podría acortar ese cronograma.
El objetivo final es viajar más allá de la burbuja protectora de la Tierra sin la amenaza constante de partículas invisibles de alta energía que dañen nuestros cuerpos y nuestras naves espaciales.