Pracownicy Wydziału Biologii Uniwersytetu Moskiewskiego im. Łomonosowa przeprowadzili symulacje warunków podwyższonego tła promieniowania w połączeniu z niskimi temperaturami, zbliżonymi do marsjańskich, oraz badali odporność mikroorganizmów na nie. Okazało się, że niektóre bakterie i archeony żyjące w starożytnych zamarzniętych skałach Arktyki mogą istnieć w takich warunkach nawet do 20 milionów lat w stanie nieaktywnym.
Średnia temperatura na Marsie wynosi -63 ° C, ale na biegunach w nocy może spaść do -145 ° C. Do tej pory nie było wiadomo, jakie są granice odporności mikroorganizmów na tak ekstremalne czynniki. Korzystając z tych ograniczeń, naukowcy mogą ocenić potencjał zachowania mikroorganizmów i biomarkerów w składzie różnych obiektów w Układzie Słonecznym. Informacje te są niezbędne do planowania astrobiologicznych misji kosmicznych, dla których ważne jest staranne podejście do doboru obiektów i rejonów badań oraz opracowanie metod wykrywania życia.
Jak mikroby przeżywają na Marsie
W tej pracy autorzy zbadali odporność na promieniowanie zbiorowisk drobnoustrojów w skałach osadowych wiecznej zmarzliny w warunkach niskiej temperatury i niskiego ciśnienia. Skały te są uważane za ziemski odpowiednik regolitu - pozostałości gleby po wietrzeniu kosmicznym. Naukowcy sugerują, że potencjalną biosferę Marsa można zachować w stanie kriokonserwowanym, a głównym czynnikiem ograniczającym czas jej zachowania jest akumulacja uszkodzeń radiacyjnych przez komórki. Wyznaczenie granicy radiooporności mikroorganizmów pozwoli oszacować czas zalegania mikroorganizmów w regolicie, w tym na różnych głębokościach.
„Zbadaliśmy łączny wpływ wielu czynników fizycznych (promieniowanie gamma, niskie ciśnienie, niska temperatura) na zbiorowiska drobnoustrojów w starożytnych zamarzniętych skałach osadowych Arktyki. Zbadano unikalny obiekt naturalny - starożytne zamarznięte skały, które nie rozmrażały się od około dwóch milionów lat. Ogólnie rzecz biorąc, przeprowadziliśmy eksperyment modelowy, który w pełniejszy sposób odwzorowuje warunki kriokonserwacji w regolicie Marsa. Istotne jest również to, że badanie dotyczyło wpływu wysokich dawek promieniowania gamma (100 kGy) na żywotność prokariotów, podczas gdy wcześniej żyjące prokarioty nie zostały wykryte po napromieniowaniu dawkami wyższymi niż 80 kGy”- powiedział jeden z autorów artykułu, doktorant Wydziału Biologii Vladimir Cheptsov. Gleby Wydziału Biologii Uniwersytetu Moskiewskiego im. M. V. Lomonosov. Badanie uzyskało wsparcie Rosyjskiej Fundacji Nauki (RSF) w ramach projektu Arka Noego,jego wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Extremophiles.
Mieszkańcy popularnego portalu Pikabu z powodzeniem przekazali perspektywę atmosferyczną przyszłych bakterii kolonistycznych
Symulując wpływ czynników na organizmy, naukowcy wykorzystali oryginalną komorę klimatyczną, która pozwala na utrzymanie niskiego ciśnienia i niskiej temperatury podczas naświetlania promieniami gamma. Autorzy zwracają uwagę, że jako obiekt modelowy zastosowano raczej naturalne zbiorowiska drobnoustrojów niż czyste kultury mikroorganizmów.
Film promocyjny:
Badane społeczności drobnoustrojów wykazały dużą odporność na skutki symulowanych warunków środowiska marsjańskiego. Po napromieniowaniu całkowita liczba komórek prokariotycznych i liczba aktywnych metabolicznie komórek bakterii pozostała na poziomie kontrolnym, liczba hodowanych bakterii (bakterii, które rosną na pożywce) spadła dziesięciokrotnie, a liczba aktywnych metabolicznie komórek archeonów zmniejszyła się trzykrotnie. Ponadto spadek liczby wyhodowanych komórek w eksperymencie spowodowany był zmianą ich stanu fizjologicznego, a nie śmiercią.
Kriokonserwacja: jak zachować życie w lodzie
W napromieniowanej próbce wiecznej zmarzliny naukowcy odkryli dużą różnorodność bakterii, chociaż po napromieniowaniu struktura społeczności drobnoustrojów uległa znacznej zmianie. W szczególności populacje aktynobakterii z rodzaju Arthrobacter, które nie zostały wykryte w próbkach kontrolnych, zaczęły dominować w społecznościach bakteryjnych po ekspozycji na warunki modelowe. Było to prawdopodobnie spowodowane niewielkim spadkiem liczby komórek dominujących populacji bakterii, w wyniku czego naukowcom udało się wykryć aktynobakterie z rodzaju Arthrobacter. Autorzy sugerują, że bakterie z tego rodzaju są bardziej odporne na działanie badanych warunków. Były też inne badania, podczas których naukowcy udowodnili, że bakterie te wykazują dość dużą odporność na działanie promieniowania ultrafioletowego i promieniowania,a ich DNA jest dobrze zachowane w starożytnych zamarzniętych skałach osadowych przez miliony lat.
„Wyniki badań wskazują na możliwość długotrwałej kriokonserwacji żywotnych mikroorganizmów w regolicie marsjańskim. Natężenie promieniowania jonizującego na powierzchni Marsa wynosi 0,05-0,076 Gy / rok i maleje wraz z głębokością. Biorąc pod uwagę intensywność promieniowania w regolicie Marsa, nasze dane sugerują, że hipotetyczne ekosystemy Marsa są utrzymywane w stanie anabiotycznym w powierzchniowej warstwie regolitu (chronionej przed promieniowaniem UV) przez co najmniej 1,3-2 mln lat, na głębokości dwóch metrów - co najmniej 3,3 miliona lat na głębokości pięciu metrów - co najmniej 20 milionów lat. Uzyskane dane mogą również posłużyć do oceny możliwości wykrycia żywych mikroorganizmów na innych obiektach w Układzie Słonecznym i wewnątrz małych ciał w przestrzeni kosmicznej”- dodał naukowiec.
Wniosek
Autorzy jako pierwsi udowodnili możliwość przeżycia prokariotów przy narażeniu na promieniowanie jonizujące w dawkach powyżej 80 kGy. Uzyskane dane wskazują zarówno na możliwe niedoszacowanie radiooporności naturalnych zbiorowisk drobnoustrojów, jak i na potrzebę badania synergistycznego wpływu kombinacji czynników obcych i kosmicznych na organizmy żywe i biomolekuły w astrobiologicznych eksperymentach modelowych.
Prace zostały przeprowadzone we współpracy z naukowcami z Instytutu Badań Kosmicznych Rosyjskiej Akademii Nauk im. A. F. Ioffe RAS, Politechnika im. Piotra Wielkiego w Petersburgu, Uralski Uniwersytet Federalny i B. P. Konstantinov z Narodowego Centrum Badań „Kurchatov Institute”. Badania zostały sfinansowane z grantu Rosyjskiej Fundacji Naukowej „Naukowe podstawy utworzenia Krajowego Depozytu Banków Systemów Żywych” (projekt „Arka Noego”).
Wasilij Makarow