5 Minutės
Tvirta cianobakterija su praktiniu potencialu
Ekstremofilai—organizmai, prisitaikę išgyventi esant itin ekstremalioms fizinėms arba cheminėms sąlygoms—yra kertiniai astrobiologijos tyrimuose. Be to, kad padeda mokslininkams apibrėžti gyvybės ribas, kai kurie ekstremofilai gali būti naudojami kaip gyvi įrankiai, gaminantys išteklius, reikalingus ilgalaikei žmonių buvimo už Žemės sąlygoms palaikyti, pavyzdžiui, deguonį. Neseniai publikuotas dešimtmečius apibendrinančių eksperimentų darbas ypatingai išryškina vieną kandidatą: dykumai pritaikytą cianobakteriją Chroococcidiopsis.
Kur Chroococcidiopsis gyvena ir kodėl tai svarbu
Chroococcidiopsis randama sausose aplinkose keliuose žemynuose — nuo karštųjų dykumų Azijoje ir Šiaurės Amerikoje iki šaltųjų Antarkties dykumų. Jos natūralios buveinės patiria stiprų išdžiūvimą, intensyvų ultravioletinį (UV) saulės spinduliavimą, didelius temperatūrų svyravimus ir maistingųjų medžiagų stokojančias mineralines substratus — savybės, dėl kurių ji tampa tyrimų objektu, vertinant galimybę gyvybei išgyventi Marse ar atviroje kosminėje erdvėje.
Keli laboratoriniai ir skrydžių į kosmosą eksperimentai tyrinėjo Chroococcidiopsis ribas. Išsiskiria BIOMEX (BIOlogy and Mars EXperiment) ir BOSS (Biofilm Organisms Surfing Space) projektai, abu naudodami Europos kosmoso agentūros EXPOSE platformą, pritvirtintą prie Tarptautinės kosminės stoties išorės. Šios misijos padėjo mėginius žemojo Žemės orbitos sąlygomis ir matavo išlikimą bei fiziologines reakcijas vakuumui, kosminei jonizuojančiai radiacijai ir nefiltruotam saulės UV.
EXPOSE skrydžio įranga ISS išorėje, kur buvo eksponuota išdžiovinta Chroococcidiopsis. (Roscosmos/ESA)
BIOMEX koncentruodavosi į atskiras ląsteles, o BOSS tyrė biofilmus — daugiacelinius sluoksnius, kuriuose ląstelės kartu su ekstraląsteliniu matriksu veikia kaip kolektyvinė sistema. Abu eksperimentai priėjo prie esminės išvados: UV spinduliuotė yra pagrindinis mirtino pažeidimo veiksnys, tačiau net minimalus uždengimas suteikia reikšmingą apsaugą. BIOMEX atveju plonas uolos ar imituoto regolito sluoksnis sumažino pažeidimus, o BOSS projekte išoriniai biofilmo sluoksniai veikė aukojančiai, slėgdami vidaus ląsteles nuo UV — efektyviai suformuodami biologinį saulės ekraną.
Laboratoriniai bandymai: atsparumas radiacijai, tolerancija šalčiui ir biosignatūrų išlikimas
Žemės sąlygomis atlikti bandymai papildo skrydžių tyrimus. Chroococcidiopsis laboratoriniuose tyrimuose atlaikė labai dideles gama spinduliuotės dozes — toleruodama dozes, kartais tūkstančius kartų didesnes nei mirtinos žmonėms — dėl stiprių DNR remontavimo kelių. Viename tyrime ląstelės išgyveno veikiamos beveik 24 kGy dozę, o kituose bandymuose, net kai aukštesnės radiacijos dozės nužudė ląsteles, ilgalaikiai biomarkeriai, tokie kaip karotenoidų pigmentai, išliko aptinkami. Toks išlikimas daro šią rūšį naudingą analogu ieškant išnykusių ar fosilizuotų biosignatūrų planetų paviršiuose, pavyzdžiui, Marse.
Kriotolerancijos tyrimai rodo, kad Chroococcidiopsis gali vitrikuotis — pereiti į stiklinę primenančią ramybės būseną — maždaug −80 °C temperatūroje, tai yra išlikimo strategija, svarbi ledinėms mėnulio aplinkoms, tokioms kaip Europa ar Enceladas. Svarbu ISRU (in situ resource utilization, vietinių išteklių naudojimo) idėjoms, kad laboratoriniai tyrimai rodo: ši cianobakterija gali augti ant imituoto Mėnulio ir Marso regolito, fotosintezuoti naudodama tą substratą ir generuoti deguonį. Ji net toleruoja perkloratų druskas, randamas Marso dirvožemyje, aktyvinant DNR remonto ir streso atsako genus, kurie mažina oksidacinį pažeidimą.
Vykstantys ir planuojami eksperimentai; pasekmės astrobiologijai ir kosmoso tyrimams
Keletas būsimų misijų siekia išsamiau ištirti Chroococcidiopsis. CyanoTechRider nagrinės, kaip mikrogravitacija veikia organizmo DNR remonto sistemas. BIOSIGN siūlo patikrinti, ar Chroococcidiopsis gali naudoti tolimąją infraraudonąją šviesą fotosintezei — gebėjimas, jei patvirtintas, išplėstų mūsų supratimą apie galimą gyvybę aplink M-tipio žvaigždes, kurios didesnę dalį spinduliavimo skleidžia infraraudonuoju diapazonu.
Jei Chroococcidiopsis patikimai gali gaminti deguonį iš vietinio regolito ir šviesos svetimose aplinkose, ji tampa patraukliu kandidatu biologiniams gyvybės palaikymo sprendimams ir ISRU sistemoms. Net kaip mokslinis modelinis organizmas, jos derinys — atsparumas radiacijai, tolerancija šalčiui ir biosignatūrų išlikimas — formuoja tiek planetų apsaugos politiką, tiek strategijas, kaip aptikti praeities gyvybę Marse.
Eksperto įžvalga
"Chroococcidiopsis atspindi pagrindinės astrobiologijos ir taikomosios kosminės biotechnologijos sankirtą," sako dr. Laura Chen, hipotetinė astrobiologė, turinti patirties mikrobinėse ISRU koncepcijose. "Jos atsparumas suteikia mums gyvą eksperimentinę bazę tirti DNR remontą veikiant kosminiams stresoriams ir praktišką potencialą gaminti deguonį iš vietinių medžiagų. Toks dvigubas vaidmuo yra retas ir vertingas kuriant misijų dizainą." (Ši pastaba iliustracinė ir apibendrina esamas mokslines perspektyvas.)
Išvada
Chroococcidiopsis yra pirmaujantis ekstremofilų modelis astrobiologijai ir galimoms kosmoso taikomosioms programoms. Eksperimentai ISS ir Žemėje atskleidžia sudėtingas DNR remonto mechanikas, didelį atsparumą radiacijai ir šalčiui, gebėjimą išgyventi ant mėnulio ir marsietiško regolito bei pajėgumą gaminti deguonį fotosintezės būdu — net reguliuotoje perkloratų turinčioje dirvoje. Būsimos misijos, kurios ištirs mikrogravitacijos poveikį ir infraraudonąją fotosintezę, patikslins vertinimus dėl jos naudingumo gyvybės aptikimui ir ISRU. Kartu šie atradimai pozicionuoja Chroococcidiopsis kaip tiek mokslinį instrumentą tirti gyvybės ribas, tiek potencialų biologinį įrankį žmonių tyrinėjimams už Žemės ribų.
Šaltinis: sciencealert
Komentarai