Personalen vid fakulteten för biologi vid Lomonosov Moskva statsuniversitet simulerade förhållandena med en ökad strålningsbakgrund i kombination med låga temperaturer, nära de Martiska, och studerade mikroorganismernas resistens mot dem. Det visade sig att vissa bakterier och archaea som lever i gamla arktiska frysta bergarter kan existera under sådana förhållanden i upp till 20 miljoner år i ett inaktivt tillstånd.
Medeltemperaturen på Mars är -63 ° C, men på polerna på natten kan den sjunka till -145 ° C. Fram till nu var det inte känt vad gränserna för mikroorganismernas resistens mot sådana extrema faktorer är. Med hjälp av dessa gränser kan forskare bedöma potentialen för bevarande av mikroorganismer och biomarkörer i sammansättningen av olika föremål i solsystemet. Denna information är nödvändig för att planera astrobiologiska rymdsuppdrag, för vilka det är viktigt att noggrant närma sig valet av objekt och områden för studier och utvecklingen av metoder för att upptäcka liv.
Hur mikrober överlever på Mars
I detta arbete undersökte författarna strålningsbeständigheten hos mikrobiella samhällen i sedimentära bergarter med permafrost under förhållanden med låg temperatur och lågt tryck. Dessa stenar anses vara den markanalog av regolit - restjord efter rymdväder. Forskare antyder att den potentiella biosfären i Mars kan bevaras i ett kryokonserverat tillstånd och den viktigaste faktorn som begränsar varaktigheten av dess bevarande är ackumulering av strålskador från celler. Bestämning av strålningsresistensgränsen för mikroorganismer kommer att göra det möjligt att uppskatta varaktigheten för kvarhållandet av mikroorganismer i regolit, inklusive på olika djup.
”Vi har undersökt den kombinerade effekten av ett antal fysiska faktorer (gammastrålning, lågt tryck, låg temperatur) på mikrobiella samhällen i gamla arktiska frysta sedimentära bergarter. Ett unikt naturobjekt har undersökts - forntida frysta stenar som inte har tinat på cirka två miljoner år. I allmänhet genomförde vi ett modellexperiment som mer fullständigt återger villkoren för kryokonservering i Mars regolit. Det är också viktigt att studien undersökte effekten av höga doser av gammastrålning (100 kGy) på livskraften hos prokaryoter, medan tidigare levande prokaryoter inte upptäcktes när bestrålade med doser högre än 80 kGy, säger en av författarna till artikeln, Vladimir Cheptsov, forskarstuderande vid institutionen för biologi Jordar från fakulteten för biologi, Moskva statsuniversitet uppkallad efter M. V. Lomonosov. Studien stöds av Russian Science Foundation (RSF) inom ramen för Noahs Ark-projekt,hans resultat publiceras i tidskriften Extremophiles.
Invånare i den populära Pikabu-portalen förmedlade framgångsrikt atmosfäriskt perspektiv för framtida kolonistbakterier
Vid simulering av påverkan av faktorer på organismer använde forskare en original klimatkammare, som möjliggör bibehållande av lågt tryck och låg temperatur under gammastrålning. Författarna noterar att naturliga mikrobiella samhällen, snarare än rena kulturer av mikroorganismer, användes som ett modellobjekt.
Kampanjvideo:
De studerade mikrobiella samhällena har visat hög motstånd mot effekterna av de simulerade förhållandena i den Martiska miljön. Efter bestrålning förblev det totala antalet prokaryota celler och antalet metaboliskt aktiva bakterieceller på kontrollnivån, antalet odlade bakterier (bakterier som växer på näringsmedier) minskade tiofaldigt och antalet metaboliskt aktiva archaealceller minskade tre gånger. Dessutom orsakades minskningen av antalet odlade celler i experimentet av en förändring i deras fysiologiska tillstånd och inte av döden.
Cryopreservation: hur man bevarar livet i is
I ett bestrålat prov av permafrost fann forskare en stor mångfald av bakterier, även om strukturen för den mikrobiella gemenskapen efter bestrålning förändrades avsevärt. Speciellt började populationer av aktinobakterier av släktet Arthrobacter, som inte upptäcktes i kontrollprover, råda i bakteriesamhällen efter exponering för modellbetingelser. Detta orsakades förmodligen av en liten minskning av antalet celler i den dominerande bakteriepopulationen, varför forskare kunde upptäcka aktinobakterier i släktet Arthrobacter. Författarna antyder att bakterier av detta släkt är mer resistenta mot effekterna av de studerade tillstånden. Det fanns också andra studier, under vilka forskare bevisade att dessa bakterier uppvisar en ganska hög resistens mot effekterna av ultraviolett strålning och strålning,och deras DNA är väl bevarat i forntida frysta sedimentära stenar i miljoner år.
Resultaten av studien indikerar möjligheten till långvarig kryokonservering av livskraftiga mikroorganismer i den Martiska regoliten. Intensiteten för joniserande strålning på ytan av Mars är 0,05-0,076 Gy / år och minskar med djupet. Med hänsyn till strålningsintensiteten i regolitens Mars antyder våra uppgifter att hypotetiska ekosystem av Mars bevaras i anabiotiskt tillstånd i ytskiktet av regolit (skyddade från UV-strålar) i minst 1,3-2 miljoner år, på ett djup av två meter - minst 3,3 miljoner år, på ett djup av fem meter - minst 20 miljoner år. Uppgifterna kan också användas för att bedöma möjligheten att upptäcka livskraftiga mikroorganismer på andra föremål i solsystemet och inuti små kroppar i yttre rymden,”tilllade forskaren.
Slutsats
Författarna var de första som bevisade möjligheten att överleva prokaryoter när de utsattes för joniserande strålning i doser över 80 kGy. De erhållna data indikerar både en möjlig underskattning av strålningsbeständigheten hos naturliga mikrobiella samhällen och behovet av att studera den synergistiska effekten av en kombination av främmande och rymdfaktorer på levande organismer och biomolekyler i astrobiologiska modellförsök.
Arbetet utfördes i samarbete med forskare från rymdforskningsinstitutet vid den ryska vetenskapsakademin, A. F. Ioffe RAS, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Ural Federal University och B. P. Konstantinov från National Research Center "Kurchatov Institute". Studien stöds av ett bidrag från Russian Science Foundation "Scientific Foundations of the Creation of a National Depository Bank for Living Systems" (projektet "Noah's Ark").
Vasily Makarov