|
Микробы могут помочь в поисках внеземной жизни
|
|
|
|
В стремлении ответить на фундаментальные вопросы о природе Вселенной и поиске внеземной жизни космос стал важным рубежом для исследования человечества. Микробы, одни из самых ранних форм жизни, появившихся на Земле, пережили разрушительное воздействие времени, выдержали негостеприимные условия и сформировали планету уникальным образом, что побудило исследования и интриги относительно вероятности того, что где-то за пределами Земли может существовать какая-то микробная жизнь. Космос — чрезвычайно негостеприимная среда обитания, поэтому возникает вопрос: могут ли там вообще выжить микробы? В одном из самых ранних экспериментов по изучению способности микробов сохраняться в космической среде в 1960 году российский спутник доставил в космос штаммы кишечной палочки и стафилококка. Исследование пришло к выводу, что именно эти микробы могут выжить в условиях микрогравитации. В течение следующих лет НАСА проводило эксперименты, которые пришли к выводу, что некоторые микробы не только могут выжить во враждебных условиях космоса, но и процветать в нем.
|
|
|
|
Одним из микробов, обладающих уникальными свойствами выдерживать интенсивное гамма-излучение в космосе, является Deinococcus radiodurans. Эксперименты, призванные проверить способность D. radiodurans выживать в условиях космоса, включали в себя воздействие на бактерии интенсивным гамма-излучением, колебание температуры через определенные промежутки времени и снижение давления до космического вакуума. Несмотря на шквал сильных стрессоров, микробы не только выживали, но также могли размножаться и расти. Хотя механизмы выживания до конца не изучены, считается, что низкомолекулярные протеомные щиты и синтез новых белков, способных противостоять окислительному повреждению, участвуют в придании D. radiodurans способности выживать в космосе. Кроме того, исследователи продемонстрировали, что D. radiodurans может выжить на космической станции в течение трех лет. Такие результаты породили предположения о том, могут ли такие микробы, как D. radiodurans, выжить на другой планете, поскольку адаптации, которые помогают D. radiodurans выжить в космосе, потенциально также могут быть полезны для выживания на других планетах.
|
|
|
После этих первоначальных экспериментов НАСА отправило в космос несколько микробов, в том числе в рамках миссий «Аполлон-16» и «Аполлон-17». Однако их результаты оказались озадачивающими. В некоторых случаях микробы, в том числе кишечная палочка и стафилококк, демонстрировали повышенную устойчивость к антибиотикам в космосе. Однако в других случаях, когда стафилококк выращивали в биореакторах, имитирующих микрогравитацию, вирулентность значительно снижалась, хотя наблюдалось усиленное образование биопленок. Хотя реакции на космические стрессоры варьировались от микроба к микробу, бактерии, несомненно, развивали стратегии выживания и размножения в космосе. Ученые продемонстрировали, что, как и на Земле, изменения в физической среде микробов заставляют микроб включать соответствующие гены, чтобы компенсировать эти изменения. Одним из предполагаемых триггеров повышения устойчивости к антибиотикам был сдвиг жидкости, который представляет собой свойство жидкости оказывать давление на внешнюю мембрану микроба.
|
|
|
|
Исследователи сравнили геномы микробов в космосе с геномами, наблюдаемыми на Земле, и обнаружили, что мультирезистентные эффлюксные насосы, резистом (репертуар генов, кодирующих устойчивость к антибиотикам) и толерантность к металлам были выше в космических условиях. Было высказано предположение, что эти адаптации, наряду с физическими изменениями в составе мембран, способствуют выживанию в космосе. Было обнаружено, что Международная космическая станция теперь является убежищем для множества разнообразных микробов, включая бактерии и грибы. Присутствовало несколько типов бактерий и грибов, в том числе Acintobacteria, Firmicutes, Proteobacteria, Ascomycota и Basidiomycota. Результаты, опубликованные в 2019 году, показали, что некоторые из этих микробов были связаны с микробиомом космонавтов, а некоторые были условно-патогенными микроорганизмами. Хотя ученые с радостью отмечают, что эти микробы теперь могут существовать в условиях микрогравитации на борту МКС, это привело к некоторым обоснованным опасениям по поводу загрязнения, что побудило к анализу и разработке процедур по дезинфекции космического корабля и защите астронавтов от болезней в космосе.
|
|
|
|
Несмотря на опасности, которые представляют собой астронавты, способность микробов выживать в космосе сделала поиск внеземной жизни более захватывающим, поскольку поведение этих микробов может дать подсказку о том, какие механизмы жизнь может использовать для выживания на других планетах. Известно, что магнитотактические бактерии, такие как Magnetospirillum, регулируют биогеохимический цикл железа на Земле и обладают способностью связывать железо, а также магнетит в своих клетках. В результате ученые выдвинули гипотезу, что большое количество магнетита, присутствующего на поверхности Марса, может служить важнейшим минералом, когда дело доходит до поддержания жизни на планете, хотя необходимы и некоторые другие факторы. Марсоход НАСА Perseverance, приземлившийся на Марсе в феврале 2021 года, ищет образцы горных пород, которые можно вернуть на Землю для анализа на наличие признаков древней жизни. Стоит отметить, что железо, в отличие от углерода и серы, после нагревания и метаморфоза горных пород оставляет после себя изотоп в твердом состоянии, что делает его важным биомаркером временной шкалы.
|
|
|
|
Кристаллы магнетита, подобные тем, которые наблюдались у магнитотактических бактерий на Земле, присутствовали на марсианском метеорите ALH84001, хотя открытие позже было классифицировано как «соответствующее жизни, но не требующее жизни для его объяснения». В свете растущего интереса к внеземной жизни страны наращивают усилия по поиску жизни в космических миссиях. Например, ведущая космическая организация Индии, Индийская организация космических исследований (ISRO), недавно запустила луноход «Чандраян-3», который впервые в истории освоения космоса приземлился недалеко от южного полюса Луны. Одна из многих целей лунного корабля под названием «Прагян» — изучить теплофизические характеристики Луны и сравнить их с земными, чтобы найти признаки биологической активности. Многочисленные космические миссии НАСА также предоставили огромное количество информации, помогающей в поисках биологической активности: марсоход Perseverance специально анализировал образцы на предмет признаков прошлой микробной жизни. С увеличением объема информации, получаемой в ходе таких миссий, ученые надеются найти инопланетную жизнь или, по крайней мере, помочь жизни с Земли выжить на других планетах.
|
|
|
|
Источник
|
