7 Minutės
Tyrėjai padėjo sporomis užpildytas kapsules iš įprastos laboratorinės samanų rūšies į žemos Žemės orbitos vakuumą ir spinduliuotę — ir nustatė, kad dauguma sporų išliko gyvybingos po devynių mėnesių, prigludusių prie Tarptautinės kosminės stoties (TKS) išorinės konstrukcijos. Šis rezultatas prideda netikėtą poskyrį prie mūsų supratimo apie augalų atsparumą ekstremalioms sąlygoms ir kelia svarbius klausimus apie atsparių organizmų panaudojimą būsimiems už Žemės ribų planuojamiems habitatuose.
Kodėl mokslininkai bandė samaną orbitoje
Physcomitrium patens, dažnai vadinama plintančia žemės samana, yra mėgstamas modelinis augalas biologams dėl jo išsekvenuotų genominių duomenų, palyginti paprastos organizacinės struktūros ir lengvai pritaikomų laboratorinių metodų. Kaip tardigradai gyvūnų pasaulyje, kai kurios bryofitų grupės — samanų, kepurinių samanų ir raglavabalių (hornwort) atstovai — demonstruoja įspūdingą atsparumą ekstremalioms sąlygoms: jos ištveria desikaciją (išdžiūvimą), intensyvų ultravioletinį (UV) spinduliavimą ir staigius temperatūros svyravimus, kurie sunaikintų daugelį aukštesniųjų augalų.
Ankstesni laboratoriniai bandymai Žemėje parodė, kad augalo sporos nešančios struktūros — sporofitai arba sporangijos — yra stipriausia samanų dalis, geriau atspari intensyviam UV, kaitrai ir šalčiui nei lapai ar stiebai. Buvo įrodyta, kad sporų sienelės ir pigmentai gali apsaugoti genetinę medžiagą ir citoplazminius komponentus nuo oksidacinio pažeidimo. Siekdami patikrinti šį atsparumą tikromis kosminėmis sąlygomis, Hokaido universiteto mokslininkų komanda išsiuntė intaktų sporofitų kapsules išorinėn TKS dalinai atviroms platformoms devyniems mėnesiams.
Tyrimo pasirinkimas remėsi tiek praktiniais, tiek fundamentiniais motyvais. Iš praktinės pusės, jei sporos gali išlikti ir vėl sėti po kontakto su kosmine aplinka, jos gali būti vertingos testuojant biologines strategijas ISRU (vietinių išteklių naudojimo) projektuose, regolitų stabilizacijoje ar bioregeneracinėse gyvybės palaikymo sistemose. Fundamentaliai, eksponavimo eksperimentai leidžia pastebėti biologinių molekulių ir struktūrų elgseną realiomis kosmoso sąlygomis — vakuumu, kosmine radiacija ir temperatūrų diapazonais, kurių neįmanoma pilnai atkartoti laboratorijoje.
Ką misija nustatė
Grįžus į Žemę ir atlikus kontrolinius tyrimus, daugiau nei 80 % sporų vis dar buvo gebančios sudygti. Tyrėjai taip pat nustatė, kad chlorofilo a kiekis sumažėjo maždaug 20 %, o kitų chlorofilų formų koncentracijos liko įprastos; šis pokytis, pasak autorių, neatrodė reikšmingai paveikęs sporų sveikatos ar gebėjimo sudygti. Tokie rezultatai rodo, kad pagrindinės fotosintetinės pigmentų frakcijos išlaikė funkcinį stabilumą arba greitai atstatė pusiausvyrą po ekspozicijos.
„Mes tikėjomės beveik nulio išgyvenamumo, bet rezultatas buvo priešingas: dauguma sporų išgyveno“, – teigė Tomomichi Fujita, Hokaido universiteto biologas, vadovavęs tyrimui. „Buvo tikrai stulbinanti šių smulkių augalinių ląstelių išskirtinė ištvermė.“ Tokia išlikimo norma kelia papildomų klausimų apie mechanizmus, kurie leido sporoms apsisaugoti nuo kosminių sąlygų: ar tai fizinė barjera sporos sienelėje (pvz., sporopolenino tipo polimerai), ar aktyvios molekulinės sistemos, tokios kaip DNR remontas ar antioksidacinės priemonės, įsijungusios rehidratacijos metu?
Be kvantitetingų išlikimo rodiklių, mokslininkai atliko mikroskopinius bei biocheminius tyrimus, siekdami įvertinti vizualų pažeidimą, sienelių intaktumą ir pigmentų profilį. Stebėjimai parodė, kad dauguma kapsulių išliko struktūriškai intaktos, o matomi pažeidimai buvo riboti ir lokalizuoti. Tokie duomenys palaiko hipotezę, kad sporofitai gali veikti kaip natūralūs biologiniai konteineriai, saugantys vidaus sporų genomą nuo tiesioginės spindulinės ekspozicijos.
Daugelis sporų sėkmingai sudygo po savo ekstremalaus kelionės į kosmosą
Kodėl tai svarbu astrobiologijai ir terraformavimui
Šie atradimai turi kelias plačias implikacijas. Pirma, jie patvirtina tiesioginį faktą, kad tam tikri žemiškieji gyvieji organizmai turi ląstelines ir molekulines mechanikas, leidžiančias išgyventi sąlygas, tokias kaip vakuumas, kosminė spinduliuotė ir ekstremalios temperatūros ciklai. Antra, samanų sporų atsparumas suteikia papildomą perspektyvą ilgalaikiam mąstymui apie biologines strategijas, skirtas ekosistemų kūrimui už Žemės ribų.
Samanos buvo tarp pirmųjų augalų, kolonizavusių sausumą prieš maždaug 500 mln. metų; jos prisidėjo prie dirvožemio formavimosi, ardydamos uolienas ir palaikydamos maistinių medžiagų ciklus. Toks ekologinis palikimas daro jas įdomiomis kandidatėmis ankstyviesiems žingsniams, susijusiems su vietinių išteklių panaudojimu (ISRU) ar habitato inicijavimu Mėnulyje ar Marse. Nors nėra realių planų statyti miškus Marse rytoj, patvarūs organizmai, galintys paruošti regolitą, sulaikyti drėgmę arba stabilizuoti dulkių daleles, galėtų tapti naudingu įrankiu ateities bioregeneracinių gyvybės palaikymo sistemų projektavime.
Be praktinių pritaikymų, rezultatai turi ir filosofinę reikšmę astrobiologijai: supratimas, kurie organizmai gali sukelti „pionierines“ ekologines grandines už Žemės, padeda modeliuoti gyvybės atsiradimo ir išlikimo galimybes kitose planetose. Atsparios sporos gali tarnauti kaip natūralūs pavyzdžiai, kokių savybių reikėtų ieškoti ieškant gyvybės už Žemės (biosignature) arba kuriant dirbtines ekosistemas egzoplanetų tyrimams.
Misijos detalės ir mokslinis kontekstas
Eksperimentas tiesiogiai eksponavo intaktas sporofitų kapsules kosmosui devynis mėnesius. Po grąžinimo į Žemę tyrėjai vertino sudygimo tempus, pigmentų kiekius, mikroskopinius pažeidimus ir bet kokius morfologinius pakitimus. Aukštas išlikimo rodiklis palaiko idėją, kad tam tikri vystymosi etapai — ypač ramybės būsenoje esantys sporai ir sėklos — gali būti žymiai atsparesni radiacijai ir desikacijai nei aktyvios audinių formos.
Publikacija iScience žurnale apibūdina bandymo dizainą, rezultatus ir galimas interpretacijas, tačiau dar nepretenduoja į tiesiogines taikomas programas žmonių kosminiam skrydžiui. Vietoje to, darbas atveria kelią tolimesniems tyrimams: kokios apsauginės molekulės sporose užkerta kelią DNR pažeidimams? Ar inžineriniai arba selekciniai metodai galėtų sustiprinti tam tikrų linijų gebėjimą išgyventi ar veikti simulaciniuose Marso sąlygų regolitose? Kokius logistikos, bioetikos ir planetų apsaugos reikalavimus reikėtų įdiegti prieš sąmoningai įvedant Žemės gyvybę į kitą planetą?
Tyrimo autoriai atkreipia dėmesį į būtinybę laikytis griežtų planetų apsaugos principų (planetary protection), kad būtų išvengta netyčinio biologinio užteršimo. Tai apima ne tik techninius sterilizavimo protokolus prieš paleidimą, bet ir tarptautinių sutarčių bei etikinių vertinimų laikymąsi, kai kalba eina apie gyvybės perkėlimą į kitą planetinę sistemą. Bet kokie ISRU arba terraformavimo sprendimai, remiantis gyvybės naudojimu, privalo balansą tarp technologinės galimybės ir atsakingo elgesio su kitomis planetinėmis aplinkomis.
Techniniai tyrimo aspektai taip pat reikalauja detalesnių atsakymų. Pavyzdžiui, reikia kiekybiškai įvertinti: kokią dozę kosminės radiacijos (protonų, elektronų ir spinduliuotės galaktinio fono) patyrė kapsulės per tą laiką, koks buvo temperatūrų diapazonas priklausomai nuo pozicijos ant stoties, ir kaip vakumas paveikė ląstelių vidinius skysčius? Atsakymai į šiuos klausimus padės interpretuoti molekulinius ir fiziologinius duomenis bei planuoti kitus ekspozicijos eksperimentus su kontroliuojamais sąlygų parametrais.
Taip pat svarbu paminėti, kad nors rezultatai yra įspūdingi, jie nereiškia, jog bet kuri Žemės gyvybės forma gali lengvai išplisti kitur. Skirtingos rūšys ir net skirtingi vystymosi etapai turės labai skirtingą gebėjimą prisitaikyti. Todėl tolimesni tyrimai turėtų apimti palyginamąją analizę tarp rūšių, genetiškai modifikuotų linijų ir skirtingų aplinkos sąlygų, kad susidarytume pilnesnį vaizdą apie potencialius biotechnologinius sprendimus kosmosui.
Kaip Fujita pažymėjo, rezultatai atveria naują eksperimentinį lauko plotą, skirtą tvarios ekosistemos konstravimo tyrimams ekstrateritoriniuose aplinkose. Šis samanų tyrimas yra mažas, bet reikšmingas žingsnis link supratimo, kurie organizmai galėtų tapti pirmuoju biologiniu „padėklo“ už Žemės.
Apibendrinant, šis darbas stiprina nuolatinį ryšį tarp astrobiologijos, augalų fiziologijos ir kosminės biotechnologijos. Jis pabrėžia, kad biologinė medžiaga dažnai pasižymi netikėta atsparumo kombinacija šalinant išlemtas sąlygas, ir skatina atsargų, bet perspektyvių diskusijų apie tai, kaip atsakingai ir kūrybiškai galėtume integruoti gyvybės mokslą į ateities kosminius projektus.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą