नासा ने मंगल ग्रह पर अंतरिक्ष यात्रियों की सुरक्षा के लिए चेरनोबिल कवक के साथ जैविक ढाल विकसित की है
वैज्ञानिक और एयरोस्पेस इंजीनियर गहरे अंतरिक्ष अन्वेषण में सबसे बड़ी बाधाओं में से एक को हल करने के लिए रेडियोट्रॉफिक कवक, मूल रूप से चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र के खंडहरों में खोजे गए सूक्ष्मजीवों के उपयोग को आगे बढ़ा रहे हैं। पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर के बाहर मौजूद आयनीकरण विकिरण का उच्च स्तर मानव स्वास्थ्य के लिए गंभीर खतरा पैदा करता है, खासकर मंगल ग्रह पर लंबी अवधि के मिशनों पर। पारंपरिक परिरक्षण सामग्री, जैसे सीसा प्लेट या मोटे पॉलिमर, अत्यधिक भारी होते हैं और कक्षा में लॉन्च करने के लिए इनकी लागत निषेधात्मक होती है। इसके विपरीत, जैविक समाधान स्वयं-प्रतिकृति में सक्षम एक हल्का विकल्प प्रदान करते हैं। विश्लेषण के तहत सूक्ष्मजीवों में न केवल अत्यधिक विकिरण वातावरण में जीवित रहने की अद्वितीय क्षमता है, बल्कि अपने स्वयं के सेलुलर विकास के लिए इस ऊर्जा का सक्रिय रूप से उपयोग करने की भी क्षमता है। यह जैविक प्रक्रिया मेलेनिन की उच्च सांद्रता पर निर्भर करती है, वही वर्णक जो मानव त्वचा में पाया जाता है, जो कवक संरचनाओं में ऊर्जा कनवर्टर के रूप में कार्य करता है। शोधकर्ताओं ने ध्यान दिया कि ये जैविक संस्थाएँ ऐसी स्थितियों में पनपती हैं जो ज्ञात जीवन रूपों के भारी बहुमत के लिए घातक होंगी। अंतरिक्ष यान के डिजाइन में इन जीवों का एकीकरण जीवन समर्थन इंजीनियरिंग में एक संरचनात्मक बदलाव का प्रतीक है।
अमेरिकी अंतरिक्ष एजेंसी पृथ्वी की निचली कक्षा के बाहर इन सूक्ष्मजीवों की प्रभावशीलता को मान्य करने के लिए एक कठोर परीक्षण कार्यक्रम बनाए रखती है। अब तक एकत्र किए गए डेटा से संकेत मिलता है कि फंगल बायोमास की एक पतली परत गैलेक्टिक कॉस्मिक किरणों की घटनाओं को महत्वपूर्ण रूप से कम करने में सक्षम है। यह प्राकृतिक अवरोधक क्षमता लंबे अंतरग्रहीय पारगमन के दौरान चालक दल के जोखिम को सुरक्षित स्तर तक कम कर देती है।
अनुसंधान टीमों का वर्तमान ध्यान विशिष्ट विकास मापदंडों का पालन करते हुए, माइक्रोग्रैविटी स्थितियों में इन कवक की खेती को अनुकूलित करने पर है:
– अंतरिक्ष में सेलुलर प्रजनन चयापचय संबंधी गतिशीलता प्रस्तुत करता है जो पृथ्वी की सतह पर देखी गई गतिशीलता से भिन्न होती है।
– कालोनियों को स्वतंत्र रूप से खिलाने के लिए नकली मार्टियन रेजोलिथ जैसे स्थानीय सब्सट्रेट्स के उपयोग का परीक्षण किया जा रहा है।
– परिचालन लक्ष्य एक आत्मनिर्भर प्रणाली बनाना है जिसके लिए हमारे ग्रह से न्यूनतम भौतिक संसाधनों की आवश्यकता होती है।
परमाणु रिएक्टर और जैविक अनुकूलन में खोज
इन जीवों की प्रारंभिक पहचान 1986 की परमाणु दुर्घटना के दशकों बाद हुई, जब रिएक्टर 4 के अंदर भेजे गए रोबोटों ने दीवारों और धातु संरचनाओं पर काले धब्बे दर्ज किए। वैज्ञानिकों ने पाया कि वे कवक के उपनिवेश थे, जिनमें क्लैडोस्पोरियम स्पैरोस्पर्मम प्रजाति भी शामिल थी, जिसने अत्यधिक रेडियोधर्मी वातावरण में अनायास ही निवास कर लिया था। बहिष्करण क्षेत्र चरमपंथी जीवन रूपों और उनकी अनुकूली क्षमताओं का अध्ययन करने के लिए एक प्राकृतिक प्रयोगशाला बन गया है। गामा विकिरण की उपस्थिति ने इन जीवों के सेलुलर डीएनए को नष्ट करने के बजाय, उनके संरचनात्मक विकास के लिए उत्प्रेरक के रूप में काम किया। देखा गया जैविक अनुकूलन जीवन के अत्यधिक लचीलेपन और पूरी तरह से दुर्गम परिदृश्यों में पारिस्थितिक स्थान खोजने की क्षमता को प्रदर्शित करता है।
बाद के प्रयोगशाला विश्लेषणों से पता चला कि ये सूक्ष्मजीव रेडियोलॉजिकल ट्रॉपिज़्म के रूप में वर्गीकृत जैविक व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। इसका मतलब यह है कि कवक हाइपहे रेडियोधर्मी उत्सर्जन के स्रोतों की ओर सीधे बढ़ते हैं, सक्रिय रूप से पर्यावरण में उपलब्ध आयनीकरण ऊर्जा की तलाश करते हैं। नियंत्रित वातावरण में, सामान्य से सैकड़ों गुना अधिक विकिरण स्तर के संपर्क में आए नमूनों में पृथक नियंत्रण समूहों की तुलना में बहुत तेज वृद्धि दर देखी गई। इस घटना ने अंतर्राष्ट्रीय वैज्ञानिक समुदाय को आश्चर्यचकित कर दिया और चेरनोबिल के खंडहरों में पाई जाने वाली प्रजातियों के आनुवंशिक अनुक्रमण को प्रेरित किया। मुख्य उद्देश्य उन सटीक उत्परिवर्तनों को समझना था जो इस वैकल्पिक और अत्यधिक कुशल चयापचय मार्ग के उद्भव की अनुमति देते थे।
रेडियोसंश्लेषण और ऊर्जा रूपांतरण तंत्र
इस प्रतिरोध और ऊर्जा उपयोग के पीछे का जैविक रहस्य रेडियोट्रॉफिक कवक की सेलुलर संरचना में मौजूद मेलेनिन की उच्च सांद्रता में निहित है। पौधों द्वारा किए जाने वाले प्रकाश संश्लेषण के विपरीत, जो ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए सूर्य के प्रकाश और क्लोरोफिल का उपयोग करता है, ये सूक्ष्मजीव रेडियोसिंथेसिस नामक एक जैव रासायनिक प्रक्रिया को अंजाम देते हैं। मेलेनिन एक प्राथमिक रिसेप्टर के रूप में कार्य करता है जो गामा विकिरण से उच्च-ऊर्जा फोटॉन को पकड़ता है और इसकी रासायनिक संरचना में तत्काल परिवर्तन करता है। यह भौतिक और रासायनिक संपर्क वर्णक की ऑक्सीकरण अवस्था को बदल देता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों को कवक के आंतरिक चयापचय मार्गों में स्थानांतरित करने में सुविधा होती है। व्यावहारिक परिणाम पोषक तत्वों के संश्लेषण और चल रहे कोशिका विभाजन के लिए विनाशकारी पर्यावरणीय शक्ति को उपयोगी रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करना है। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि इस प्रक्रिया की दक्षता प्राप्त विकिरण की तीव्रता के अनुपात में बढ़ जाती है, जब तक कि प्रत्येक तनाव के लिए एक विशिष्ट जैविक संतृप्ति सीमा तक नहीं पहुंच जाती। क्रिप्टोकोकस नियोफ़ॉर्मन्स जैसी समान प्रजातियों ने भी प्रयोगशाला परीक्षणों में रेडियोधर्मी आइसोटोप के संपर्क में आने पर अनुरूप क्षमताओं का प्रदर्शन किया है। इस जैव रासायनिक तंत्र की विस्तृत समझ विभिन्न औद्योगिक और एयरोस्पेस क्षेत्रों में लागू नई ऊर्जा संचयन और रेडियोलॉजिकल सुरक्षा प्रौद्योगिकियों के विकास के द्वार खोलती है।
अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर प्रयोग
अंतरिक्ष उपयोग की व्यवहार्यता का परीक्षण करने के लिए, क्लैडोस्पोरियम स्पैरोस्पर्मम के नमूने आपूर्ति मिशन पर अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर भेजे गए थे। सूक्ष्मजीव विशेष पेट्री डिश में स्थित रहते हैं, जो सीधे ब्रह्मांडीय विकिरण वातावरण के संपर्क में आते हैं जो प्रतिदिन कक्षीय संरचना तक पहुंचता है। बायोमास बाधा को पार करने में कामयाब आयनीकृत ऊर्जा की सटीक मात्रा को मापने के लिए विकिरण सेंसर को कॉलोनियों के नीचे तैनात किया गया था।
एक्सपोज़र के महीनों के दौरान प्राप्त परिणामों ने स्थलीय खगोल विज्ञान प्रयोगशालाओं में तैयार की गई परिकल्पनाओं की पुष्टि की। कवक न केवल माइक्रोग्रैविटी वातावरण में जीवित रहा, बल्कि उसने पृथ्वी पर रखे गए नमूनों में दर्ज की गई वृद्धि की तुलना में लगभग इक्कीस प्रतिशत अधिक वृद्धि दिखाई। त्वरित प्रसार ने संकेत दिया कि रेडियोट्रॉफ़िक चयापचय पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर द्वारा प्रदान की जाने वाली प्राकृतिक सुरक्षा के बाहर पूरी तरह से काम करता है।
डोसिमेट्रिक डेटा से पता चला कि कवक की सिर्फ दो मिलीमीटर मोटी परत परीक्षण मॉड्यूल पर विकिरण घटना के लगभग दो प्रतिशत को कम करने में सक्षम थी। यद्यपि पूर्ण संख्या में प्रतिशत छोटा लगता है, जैविक अवरोध की मिलीमीटर मोटाई को देखते हुए यह अत्यधिक महत्वपूर्ण है। गणितीय एक्सट्रपलेशन से पता चलता है कि इक्कीस सेंटीमीटर की एक परत मंगल की सतह पर विकिरण के प्रभाव को पूरी तरह से खत्म करने के लिए पर्याप्त होगी।
पृथ्वी पर लौटने के बाद नमूनों की आनुवंशिक स्थिरता भी अंतरिक्ष बायोइंजीनियरिंग टीमों द्वारा मूल्यांकन किया गया एक सकारात्मक कारक था। कोई हानिकारक उत्परिवर्तन नहीं पाया गया जो दीर्घकालिक मिशनों पर सूक्ष्मजीव की निरंतर खेती को अव्यवहार्य बना सके। मूल गुणों को बनाए रखना एक सुरक्षित जीवन समर्थन उपकरण के रूप में जैविक प्रणाली की विश्वसनीयता की गारंटी देता है।
अंतरिक्ष के लिए जैविक ढाल का विकास
इस जैव प्रौद्योगिकी का सबसे तात्कालिक अनुप्रयोग भविष्य के अंतरग्रहीय चालक दल परिवहन जहाजों के लिए पुनर्योजी जैविक ढाल का निर्माण है। इंजीनियरिंग प्रस्ताव में मुख्य आवास मॉड्यूल की दोहरी दीवारों के बीच कवक की एक पतली परत डालना शामिल है। जैसे-जैसे जहाज पृथ्वी से दूर जाता है और ब्रह्मांडीय विकिरण बढ़ता है, कवक इस ऊर्जा पर फ़ीड करता है और फैलता है, सुरक्षात्मक बाधा को पूरी तरह से स्वायत्त तरीके से मोटा करता है।
एक जीवित ढाल की अवधारणा सिंथेटिक सामग्रियों पर टूट-फूट की पुरानी समस्या को हल करती है, जो उप-परमाणु कणों की निरंतर बमबारी से तेजी से नष्ट हो जाती है। यदि रास्ते में कोई सौर तूफान जहाज से टकराता है, तो अतिरिक्त विकिरण केवल सुरक्षात्मक कवक बायोमास के विकास को तेज करने का काम करेगा। निरंतर स्वयं-मरम्मत करने की यह क्षमता एक तकनीकी लाभ है जो कोई भी मौजूदा अकार्बनिक सामग्री एयरोस्पेस इंजीनियरिंग को प्रदान नहीं कर सकती है।
इंजीनियर अतिरिक्त वाहन अन्वेषण गतिविधियों में उपयोग किए जाने वाले स्पेससूट में इस जैविक प्रणाली के एकीकरण का भी मूल्यांकन कर रहे हैं। फंगल मेलेनिन के शुद्ध अर्क वाले लचीले कपड़े मंगल ग्रह की सतह पर चलते समय अंतरिक्ष यात्रियों के लिए सुरक्षा की एक अतिरिक्त परत प्रदान कर सकते हैं। कार्बनिक सामग्री का अंतर्निहित लचीलापन चालक दल की गतिशीलता और आराम को बनाए रखने के लिए आवश्यक एर्गोनोमिक अनुकूलन की सुविधा प्रदान करता है।
अंतरग्रहीय अन्वेषण के लिए तार्किक लाभ
अंतरिक्ष में माल भेजने की वित्तीय और ऊर्जावान लागत सौर मंडल की खोज की सबसे बड़ी तार्किक सीमाओं में से एक है। ढाल के रूप में काम करने के लिए ले जाए जाने वाले प्रत्येक किलोग्राम सीसा, एल्यूमीनियम या पॉलीथीन को प्रक्षेपण के समय भारी मात्रा में रॉकेट ईंधन की आवश्यकता होती है। रेडियोट्रॉफ़िक कवक को अपनाने के साथ, अंतरिक्ष एजेंसियों को केवल कुछ ग्राम निष्क्रिय बीजाणु और एक बुनियादी स्टार्टर संस्कृति माध्यम जारी करने की आवश्यकता होगी।
नियोजित गंतव्य तक पहुंचने पर, बीजाणुओं को सक्रिय किया जाएगा और व्यापक रूप से उपलब्ध संसाधनों का उपयोग करके खेती की जाएगी, जैसे कि मंगल ग्रह की बर्फ से निकाला गया पानी और मिट्टी में मौजूद खनिज। बायोमास धीरे-धीरे बढ़ेगा जब तक कि यह सतह के आधारों को सुरक्षित रूप से कवर करने के लिए आवश्यक संरचनात्मक मोटाई तक नहीं पहुंच जाता। यथास्थान संसाधनों का उपयोग करने का यह दृष्टिकोण परियोजना में शामिल प्रारंभिक मिशन द्रव्यमान और परिचालन लागत को काफी कम कर देता है।
बंद आवासों में बायोरेमेडिएशन और उपयोगिता
कॉस्मिक किरणों से सीधे सुरक्षा के अलावा, मेलेनाइज्ड प्रजातियों में जैव रासायनिक विशेषताएं होती हैं जो अंतरिक्ष में बंद पारिस्थितिकी तंत्र को बनाए रखने के लिए उपयोगी होती हैं। इन कवक के कुछ प्रकारों में जटिल कार्बनिक यौगिकों को विघटित करने और मानव गतिविधि द्वारा उत्पन्न अपशिष्ट के बायोरेमेडिएशन में कार्य करने की प्राकृतिक क्षमता होती है। वर्षों से चालक दल द्वारा छोड़ी गई सामग्रियों को कुशलतापूर्वक रीसायकल करने में मदद करने के लिए उन्हें जीवन समर्थन प्रणालियों में एकीकृत किया जा सकता है।
अत्यधिक रुचि के एक अन्य माध्यमिक अनुप्रयोग में अंतरिक्ष कृषि शामिल है, जो बहु-वर्षीय मिशनों पर भोजन के लिए एक आवश्यक स्तंभ है। इन सूक्ष्मजीवों के सक्रिय चयापचय से वाष्पशील कार्बनिक यौगिक निकलते हैं, जो नियंत्रित वातावरण में, हाइड्रोपोनिक ग्रीनहाउस में उगाए गए पौधों के स्वस्थ विकास को प्रोत्साहित करते हैं। सुरक्षात्मक कवक और खाद्य फसलों के बीच नियोजित सहजीवन अलौकिक आधारों को बनाए रखने के लिए एक कुशल और टिकाऊ जैविक चक्र बनाता है।
वैज्ञानिक अनुसंधान में अगले चरण
एस्ट्रोबायोलॉजी प्रयोगशालाएं अब चंद्रमा के आंशिक गुरुत्वाकर्षण के तहत इन जीवों के जैविक व्यवहार का परीक्षण करने के लिए उन्नत प्रयोगों का एक नया दौर तैयार कर रही हैं। अंतरिक्ष कार्यक्रम के भविष्य के मिशन चंद्र सतह मॉड्यूल में कवक के गोले की खेती के लिए एक निश्चित सिद्ध आधार के रूप में काम करेंगे। इन ऑपरेशनों की तकनीकी सफलता रेडियोलॉजिकल सुरक्षा प्रोटोकॉल को परिभाषित करेगी जो आने वाले दशकों में गहरे अंतरिक्ष में स्थायी और सुरक्षित मानव उपस्थिति को सक्षम करेगी।