Марс сложно назвать гостеприимным местом. Несмотря на то, что дневная температура у экватора здесь летом может достигать 35 градусов Цельсия, ее средний показатель по планете составляет порядка -63 градуса. При этом на полюсах в ночное время она может снижаться до -145 градусов. Атмосферное давление на Марсе в 160 раз ниже земного. Да… И сюда мы, по мнению некоторых экспертов, должны будем переселиться в будущем. Как бы там ни было, в научной среде продолжается работа и поиск способов выжить в этом ледяном, радиационном и пустынном аду.
Последние вести с научного фронта говорят о результатах работы сотрудников биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, которые изучили устойчивость микроорганизмов к космическому излучению в условиях низких температур. Информация о том, к чему пришли исследователи, была опубликована в журнале Extremophiles.
Ученые комментируют, что до сих пор не было известно, каковы пределы устойчивости микроорганизмов к воздействию таких экстремальных факторов. Но с помощью этих пределов можно выяснить вероятность сохранения жизни или хотя бы ее биомаркеров на различных объектах Солнечной системы. Информация крайне важна для планирования астробиологических космических миссий, где очень важно правильно выбрать как объекты самого исследования, так и методы обнаружения жизни.
В своей работе авторы провели исследование радиорезистентности (сопротивляемости радиоактивному излучению, если по-простому) микробных сообществ, живущих в осадочных породах в условиях экстремально низких температур и давления. Эти породы считаются земным аналогом реголита – остаточного грунта Марса, подвергающегося постоянному космическому выветриванию. Ученые считают, что если на Красной планете и есть жизнь, то, вероятнее всего, она может сохраняться в криоконсервированном состоянии, и важнейшим фактором, ограничивающим длительность этой сохранности, является порог накопления ее клетками радиационных повреждений. Определение же этого предела позволит оценить длительность сохранения микроорганизмов в реголите (если такие, конечно, имеются), в том числе и на различной глубине.
«Нами исследовано совокупное воздействие ряда физических факторов (гамма-излучение, низкое давление, низкая температура) на микробные сообщества древних арктических мерзлых осадочных пород. Исследован уникальный природный объект — древние мерзлые породы, не оттаивавшие около двух миллионов лет. В целом нами проведен модельный эксперимент, более полно воспроизводящий условия криоконсервации в реголите Марса. Также важно, что в работе исследовано воздействие высоких доз гамма-излучения (100 кГр) на жизнеспособность прокариот, в то время как ранее живые прокариоты не обнаруживались при облучении дозами выше 80 кГр», — поделился один из авторов статьи Владимир Чепцов, являющийся аспирантом кафедры биологии почв биологического факультета МГУ.
Для моделирования воздействия этих факторов на живые организмы исследователи использовали специально созданную климатическую камеру, создающую и поддерживающую низкие давление и температуру во время гамма-облучения. В качестве объекта исследования использовались именно природные микробные сообщества, а не чистые культуры микроорганизмов, выращенные в лаборатории.
Эксперимент показал, что эти сообщества обладают высокой устойчивостью к воздействию моделируемых экстремальных условий марсианской среды. Ученые отмечают, что после облучения общая численность клеток прокариот и число метаболически активных бактериальных клеток сохранилась на контрольном уровне, численность культивируемых бактерий (бактерии, которые растут на питательных средах) сократилась в десять раз, а количество метаболически активных клеток архей уменьшилось в три раза. Но при этом снижение численности культивируемых клеток в эксперименте было вызвано изменением их физиологического состояния, а не гибелью.
В образце грунта, взятого из вечной мерзлоты и подвергшегося облучению, исследователи обнаружили высокое разнообразие бактерий, однако после облучения структура микробного сообщества значительно изменилась. В частности, популяции актинобактерий рода Arthrobacter, которые не были выявлены в контрольных образцах, стали преобладать в бактериальных сообществах после воздействия смоделированных экстремальных условий. Ученые предполагают, что вызвано это было, вероятнее всего, некоторым снижением численности клеток доминирующих популяций бактерий, чье место заняли актинобактерии рода Arthrobacter. Авторы работы также делают выводы, что бактерии этого рода более устойчивы к воздействию исследованных условий. В рамках дополнительных исследований ученые доказали, что эти бактерии проявляют весьма высокую устойчивость к воздействию ультрафиолетового излучения и радиации, а их ДНК хорошо сохраняется в древних мерзлых осадочных породах в течение миллионов лет.
«Результаты исследования свидетельствуют о возможности длительной криоконсервации жизнеспособных микроорганизмов в марсианском реголите. Интенсивность ионизирующего излучения на поверхности Марса составляет 0,05-0,076 Гр/год и снижается с глубиной. С учетом интенсивности излучения в реголите Марса, полученные нами данные позволяют предполагать сохранение гипотетических экосистем Марса в анабиотическом состоянии в поверхностном слое реголита (защищенном от УФ-лучей) в течение не менее 1,3-2 млн лет, на глубине два метра — не менее 3,3 млн лет, на глубине пять метров — не менее 20 млн лет. Полученные данные также могут быть применены для оценки возможности обнаружения жизнеспособных микроорганизмов на других объектах Солнечной системы и внутри малых тел в космическом пространстве», — добавляет ученый.
Помимо всего прочего, важность работы заключается в том, что ее авторы впервые доказали возможность выживания прокариот при облучении ионизирующей радиацией в дозах свыше 80 кГр. Собранные данные указывают как на возможную недооценку радиорезистентности природных микробных сообществ, так и на необходимость исследования синергетического воздействия совокупности инопланетных и космических факторов на живые организмы и биомолекулы в астробиологических модельных экспериментах.
Исследование проводилось в сотрудничестве с учеными из Института космических исследований РАН, Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, Уральского федерального университета, а также Петербургского института ядерной физики имени Б. П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт».