Новое исследование показало, что когда первые образцы с Марса вернутся на Землю, ученым следует искать древние спящие бактерии.
В первом в своем роде исследовании исследовательская группа, в том числе Северо-Западный университет Брайан Хоффман и Аджай Шарма обнаружили, что древние бактерии могли выживать вблизи поверхности Марса намного дольше, чем предполагалось ранее. И — когда бактерии похоронены и, таким образом, защищены от галактического космического излучения и солнечных протонов — они могут выжить гораздо дольше.
Эти результаты усиливают вероятность того, что, если жизнь когда-либо развилась на Марсе, ее биологические останки могут быть обнаружены в будущих миссиях, включая ExoMars (марсоход Розалинд Франклин) и Mars Life Explorer, который будет нести буры для извлечения материалов с глубины 2 метра под поверхностью.
А поскольку ученые доказали, что некоторые штаммы бактерий могут выжить, несмотря на суровые условия Марса, будущие астронавты и космические туристы могут непреднамеренно заразить Марс своими автостопом.
статья была опубликована сегодня (25 октября) в журнале Astrobiology.
«Наши модельные организмы служат прообразами как прямого загрязнения Марса, так и обратного загрязнения Земли, которых следует избегать», — сказал Майкл Дейли, профессор патологии Университета медицинских наук США (USU). член Комитета национальных академий по защите планет, руководивший исследованием. «Важно, что эти результаты имеют значение и для биозащиты, потому что угроза биологических агентов, таких как сибирская язва, по-прежнему вызывает озабоченность у военных и национальной обороны».
«Мы пришли к выводу, что земное загрязнение на Марсе будет по существу постоянным — в течение тысяч лет», — сказал Хоффман, старший соавтор исследования. «Это может усложнить научные усилия по поиску марсианской жизни. Точно так же, если бы микробы развились на Марсе, они могли бы дожить до наших дней. Это означает, что возвращение марсианских образцов может загрязнить Землю».
Хоффман – профессор химии Чарльза Э. и Эммы Х. Моррисон и профессор молекулярной биологии в Северо-Западном университете. Колледж искусств и наук Вайнберга. Он также является членом Институт химии жизненных процессов.
Моделирование Марса
Окружающая среда на Марсе суровая и неумолимая. Из-за засушливых и морозных условий, которые в среднем составляют -80 градусов по Фаренгейту (-63 градуса по Цельсию) в средних широтах, Красная планета кажется негостеприимной для жизни. Хуже того: Марс также постоянно подвергается бомбардировке интенсивным галактическим космическим излучением и солнечными протонами.
Чтобы выяснить, может ли жизнь выжить в этих условиях, Дейли, Хоффман и их сотрудники сначала определили пределы выживания микробной жизни при ионизирующем излучении. Затем они выставили шесть видов земных бактерий и грибков на смоделированную марсианскую поверхность, которая была замерзшей и сухой, и поразили их гамма-лучами или протонами (чтобы имитировать космическое излучение).
«Если бы микробы развились на Марсе, они могли бы дожить до наших дней. Это означает, что возвращение марсианских образцов может загрязнить Землю». — Брайан Хоффман, химик
«В марсианской атмосфере нет проточной воды или значительного количества воды, поэтому клетки и споры высохнут», — сказал Хоффман. «Также известно, что температура поверхности Марса примерно аналогична температуре сухого льда, поэтому он действительно глубоко заморожен».
В конечном итоге исследователи определили, что некоторые земные микроорганизмы потенциально могут выжить на Марсе в течение геологических временных масштабов в сотни миллионов лет. На самом деле, исследователи обнаружили, что один сильный микроб, Дейнококк радиодуранс (ласково известный как «Бактерия Конан»), особенно хорошо подходит для выживания в суровых условиях Марса. В новых экспериментах бактерия Конан выдержала астрономическое количество радиации в морозной и засушливой среде — намного дольше. бацилла споры, которые могут сохраняться на Земле миллионы лет.
Радикальное излучение
Чтобы проверить влияние радиации, команда подвергла образцы воздействию больших доз гамма-излучения и протонов — типичных для Марса в ближней недрах — и гораздо меньших дозах, которые произошли бы, если бы микроорганизм был глубоко захоронен.
Затем команда Хоффмана из Северо-Западного университета использовала передовую технику спектроскопии для измерения накопления марганцевых антиоксидантов в клетках облученных микроорганизмов. Согласно Хоффману, размер дозы радиации, которую микроорганизм или его споры могут выдержать, коррелирует с количеством содержащихся в нем марганцевых антиоксидантов. Следовательно, чем больше марганцевых антиоксидантов, тем выше устойчивость к радиации и выше выживаемость.
280 миллионов
лет, в течение которых «Бактерия Конан» могла выжить, похороненная на Марсе
В более ранних исследованиях предыдущие исследователи обнаружили, что бактерия Конан, взвешенная в жидкости, может выдержать 25 000 единиц радиации (или «серых»), что эквивалентно примерно 1,2 миллионам лет непосредственно под поверхностью Марса. Но новое исследование показало, что когда здоровая бактерия высушена, заморожена и глубоко закопана — что типично для марсианской среды — она может выдержать 140 000 грей радиации. Эта доза в 28 000 раз превышает дозу, убивающую человека.
Хотя бактерия Конан могла выжить на поверхности только в течение нескольких часов, купаясь в ультрафиолетовом свете, ее продолжительность жизни резко увеличивается, когда она находится в тени или находится непосредственно под поверхностью Марса. Бактерия Конана, похороненная всего в 10 сантиметрах под поверхностью Марса, продолжительность жизни увеличивается до 1,5 миллиона лет. А будучи погребенной на глубине 10 метров, бактерия цвета тыквы может прожить колоссальные 280 миллионов лет.
Глядя на будущие миссии
Исследователи обнаружили, что этот удивительный подвиг выживания частично объясняется геномной структурой бактерии. Давно подозревая, исследователи обнаружили, что хромосомы и плазмиды Conan the Bacterium связаны друг с другом, сохраняя их в идеальном состоянии и готовыми к восстановлению после интенсивного облучения.
Это означает, что если микроб, подобный бактериям Конану, эволюционировал в то время, когда на Марсе в последний раз текла вода, то его живые останки все еще могли дремать в глубоком недрах.
“Несмотря на то что Д. радиодуранс погребенные в марсианских недрах, не могли находиться в состоянии покоя примерно от 2 до 2,5 миллиардов лет с тех пор, как на Марсе исчезла проточная вода, такая марсианская среда регулярно изменяется и тает из-за ударов метеоритов», — сказал Дейли. «Мы предполагаем, что периодическое таяние может привести к периодической репопуляции и расселению. Кроме того, если бы марсианская жизнь когда-либо существовала, даже если бы на Марсе сейчас не было жизнеспособных форм жизни, их макромолекулы и вирусы выжили бы гораздо дольше. Это увеличивает вероятность того, что, если жизнь когда-либо возникнет на Марсе, это будет обнаружено в будущих миссиях».
Исследование «Влияние высушивания и замораживания на выживаемость микробов при ионизирующем излучении: соображения по поводу возврата образцов с Марса» было поддержано Агентством по уменьшению угрозы обороны (номер гранта HDTRA1620354) и Национальными институтами здравоохранения (номер гранта GM111097).
