Zaměstnanci Biologické fakulty Moskevské státní univerzity v Lomonosově simulovali podmínky zvýšeného záření v kombinaci s nízkými teplotami blízkými marťanským a studovali odolnost mikroorganismů vůči nim. Ukázalo se, že některé bakterie a archaea žijící ve starých arktických zmrzlých horninách mohou existovat v takových podmínkách v neaktivním stavu až 20 milionů let.
Průměrná teplota na Marsu je -63 ° C, ale na pólech v noci může klesnout na -145 ° C. Až dosud nebylo známo, jaké jsou hranice odolnosti mikroorganismů vůči takovým extrémním faktorům. Pomocí těchto limitů mohou vědci posoudit potenciál pro zachování mikroorganismů a biomarkerů ve složení různých objektů ve sluneční soustavě. Tato informace je nezbytná pro plánování astrobiologických vesmírných misí, pro které je důležité pečlivě přistupovat k výběru předmětů a oblastí studia a vývoji metod pro detekci života.
Jak mikrobi přežívají na Marsu
V této práci autoři zkoumali radiorezistenci mikrobiálních komunit v sedimentárních horninách permafrostu za podmínek nízké teploty a nízkého tlaku. Tyto horniny jsou po zvětrávání vesmíru považovány za pozemní analog regolitu - zbytkové půdy. Vědci naznačují, že potenciální biosféra Marsu může být zachována v kryokonzervovaném stavu a hlavním faktorem, který omezuje dobu její ochrany, je akumulace radiačního poškození buňkami. Stanovení limitu radio rezistence mikroorganismů umožní odhadnout dobu retence mikroorganismů v regolitech, a to i v různých hloubkách.
„Zkoumali jsme kombinovaný účinek řady fyzikálních faktorů (záření gama, nízký tlak, nízká teplota) na mikrobiální společenství starověkých arktických zmrzlých sedimentárních hornin. Byl zkoumán unikátní přírodní objekt - starověké zamrzlé skály, které se nerozmrazovaly asi dva miliony let. Obecně jsme provedli modelový experiment, který více reprodukuje podmínky kryokonzervace v regolitu Mars. Je také důležité, aby studie zkoumala vliv vysokých dávek gama záření (100 kGy) na životaschopnost prokaryot, zatímco dříve žijící prokaryoty nebyly detekovány při ozáření dávkami vyššími než 80 kGy, “uvedl jeden z autorů článku Vladimír Cheptsov, postgraduální student Ústavu biologie Půdy Fakulty biologie Moskevské státní univerzity pojmenované po M. V. Lomonosov. Studii podpořila Ruská vědecká nadace (RSF) v rámci projektu Noemova archa,jeho výsledky jsou publikovány v časopise Extremophiles.
Obyvatelé populárního Pikabu portálu úspěšně zprostředkovali atmosférickou perspektivu pro budoucí kolonistické bakterie
Při simulaci dopadu faktorů na organismy vědci použili původní klimatickou komoru, která umožňuje udržovat nízký tlak a nízkou teplotu během gama záření. Autoři poznamenávají, že jako modelový objekt byly použity spíše přirozené mikrobiální komunity než čisté kultury mikroorganismů.
Propagační video:
Studovaná mikrobiální společenství prokázala vysokou odolnost vůči účinkům simulovaných podmínek v marťanském prostředí. Po ozáření zůstal celkový počet prokaryotických buněk a počet metabolicky aktivních bakteriálních buněk na kontrolní úrovni, počet kultivovaných bakterií (bakterií rostoucích na živném médiu) se desetkrát snížil a počet metabolicky aktivních archaálních buněk se trojnásobně snížil. Navíc pokles počtu kultivovaných buněk v experimentu byl způsoben změnou jejich fyziologického stavu, a nikoli smrtí.
Kryokonzervace: jak zachovat život v ledu
V ozářeném vzorku permafrostu vědci našli vysokou rozmanitost bakterií, i když po ozáření se struktura mikrobiální komunity výrazně změnila. Zejména populace aktinobaktérií rodu Arthrobacter, které nebyly detekovány v kontrolních vzorcích, začala po expozici modelovým podmínkám převládat v bakteriálních komunitách. Bylo to pravděpodobně způsobeno mírným poklesem počtu buněk dominantních populací bakterií, v důsledku čehož vědci dokázali detekovat aktinobaktérie rodu Arthrobacter. Autoři naznačují, že bakterie tohoto rodu jsou odolnější vůči účinkům studovaných podmínek. Byly také další studie, během nichž vědci prokázali, že tyto bakterie vykazují poměrně vysokou odolnost vůči účinkům ultrafialového záření a záření,a jejich DNA je dobře zachována ve starých zmrzlých sedimentárních horninách po miliony let.
„Výsledky studie naznačují možnost dlouhodobého kryokonzervace životaschopných mikroorganismů v marťanském regolitu. Intenzita ionizujícího záření na povrchu Marsu je 0,05 - 0,076 Gy / rok a klesá s hloubkou. S přihlédnutím k intenzitě záření v regolitu na Marsu naše data naznačují, že hypotetické ekosystémy na Marsu jsou v anabiotickém stavu uchovány v povrchové vrstvě regolitu (chráněné před UV paprsky) po dobu nejméně 1,3–2 milionů let, v hloubce dvou metrů - alespoň dva metry - nejméně 3,3 milionu let, v hloubce pěti metrů - nejméně 20 milionů let. Získaná data mohou být také použita k posouzení možnosti detekce životaschopných mikroorganismů na jiných objektech ve sluneční soustavě a uvnitř malých těl ve vesmíru, “dodal vědec.
Závěr
Autoři jako první prokázali možnost přežití prokaryot, když byli vystaveni ionizujícímu záření v dávkách nad 80 kGy. Získaná data naznačují jak možné podcenění radioezistence přírodních mikrobiálních komunit, tak potřebu studovat synergický účinek kombinace cizích a vesmírných faktorů na živé organismy a biomolekuly v experimentech s astrobiologickými modely.
Práce byla provedena ve spolupráci s vědci z Ústavu pro výzkum vesmíru Ruské akademie věd, A. F. Ioffe RAS, Polytechnická univerzita Petra Velikého v Petrohradu, Federální univerzita Ural a B. P. Konstantinov z Národního výzkumného střediska "Kurchatov Institute". Studie byla podpořena grantem Ruské vědecké nadace „Vědecké základy vytvoření Národní depozitní banky pro živé systémy“(projekt „Noemova archa“).
Vasily Makarov