5 Minuten
atspari cianobakterija su praktiniu potencialu
Ekstremofilai — organizmai, pritaikyti išgyventi esant itin ekstremalioms fizinėms ar cheminėms sąlygoms — užima kertinę vietą astrobiologijoje. Be to, kad jie padeda mokslininkams apibrėžti gyvybės ribas, kai kuriuos ekstremofilus galima panaudoti kaip gyvus įrankius, gaminančius išteklius, reikalingus tęstinei žmonių buveinei už Žemės ribų, pavyzdžiui, deguonį. Naujai apibendrinti dešimtmečių eksperimentų rezultatai išryškina vieną ypač perspektyvų organizmą: dykumoms pritaikytą cianobakteriją Chroococcidiopsis.
Kur Chroococcidiopsis klesti ir kodėl tai svarbu
Chroococcidiopsis randama sausose aplinkose keliose žemynų dalyse – nuo karštų dykumų Azijoje ir Šiaurės Amerikoje iki šaltųjų Antarkties dykumų. Jos natūralios buveinės patiria stiprų išdžiūvimą, intensyvų saulės ultravioletinį (UV) spinduliavimą, didelius temperatūros svyravimus ir maistingųjų medžiagų stoką mineralinėse dangose – savybės, kurios daro jas svarbiu objektu tyrimams, vertinantiems galimybę gyvybei išgyventi Marse ar atviroje erdvėje.
Keli laboratoriniai ir kosminiai eksperimentai tiria Chroococcidiopsis ribas. Tarp žinomiausių yra BIOMEX (BIOlogy and Mars EXperiment) ir BOSS (Biofilm Organisms Surfing Space), abu vykdyti Europos kosmoso agentūros EXPOSE platformoje, pritaisytoje prie Tarptautinės kosminės stoties išorės. Šios misijos išeksponavo mėginius mažame Žemės orbitos aukštyje, kad būtų išmatuotas išgyvenamumas ir fiziologinės reakcijos į vakuumą, kosminį jonizuojantį spinduliavimą ir nefiltruotą saulės UV.
EXPOSE skrydžio įranga ISS išorėje su išdžiūvusia Chroococcidiopsis. (Roscosmos/ESA)
BIOMEX sutelkė dėmesį į atskiras ląsteles, o BOSS analizavo biofilmus – daugialąsteles sluoksnius, kur ląstelės ir ekstraląstelinė matrica veikia kaip kolektyvinis vienetas. Abu eksperimentai pasiekė panašią išvadą: pagrindinis letalinio pažeidimo agentas yra UV spinduliavimas, tačiau net minimalus ekranavimas suteikia didelę apsaugą. BIOMEX atveju plona uolos ar imituoto regolito plėvelė sumažino pažeidimus, o BOSS eksperimente išoriniai biofilmo sluoksniai veikė kaip aukojamosios dalys, saugančios vidines ląsteles nuo UV – tarsi biologinis saulės filtras.
Laboratoriniai bandymai: atsparumas spinduliavimui, tolerancija šalčiui ir biosignatūrų išlikimas
Žemėje vykdomi bandymai papildo kosminių skrydžių rezultatus. Chroococcidiopsis laboratorinėse tyrimuose atlaikė labai dideles gama spinduliuotės dozes – toleruodama dozes, tūkstančius kartų didesnes už žmogui mirtinas, per stiprias DNR taisymo sistemas. Viename tyrime ląstelės, veikiamos beveik 24 kGy, išgyveno, o kituose bandymuose net jei aukštesnės spinduliuotės lygiai nužudė ląsteles, patvarūs biomarkeriai, tokie kaip karotenoidų pigmentai, išliko aptinkami. Toks išlikimas daro šią rūšį naudingą analogą ieškant išnykusių ar fosilizuotų biosignatūrų planetų paviršiuose, pavyzdžiui Marse.
Kriotolerancijos bandymai rodo, kad Chroococcidiopsis gali vitrikuotis – pereiti į stiklo tipo dornmio būseną prie maždaug −80 °C, tai išgyvenimo strategija, svarbi šaltoms mėnulio tipų aplinkoms, tokioms kaip Europa ar Enceladus. Svarbu ir ISRU (vietinių išteklių naudojimo) koncepcijoms: laboratoriniai duomenys rodo, kad ši cianobakterija gali augti ant imituoto Mėnulio ir Marso regolito, vykdyti fotosintezę naudodama tą substratą ir generuoti deguonį. Ji net toleruoja Marse randamus perchlorato druskas, aktyvuodama DNR taisymo ir streso atsako genus, kurie mažina oksidacinį pažeidimą.
Vykdomi ir planuojami eksperimentai; reikšmė astrobiologijai ir kosmoso tyrimams
Keletas būsimų misijų planuoja toliau tirti Chroococcidiopsis. CyanoTechRider nagrinės, kaip mikrogravitacija veikia organizmo DNR taisymo sistemas. BIOSIGN siūlo patikrinti, ar Chroococcidiopsis gali naudoti tolimąją infraraudoną šviesą fotosintezei – jei tai būtų patvirtinta, mūsų supratimas apie galimą gyvybę aplink M tipo nykštukų žvaigždes, kurios skleidžia didesnę dalį energijos infraraudonajame spektre, ženkliai išsiplėstų.
Jei Chroococcidiopsis patikimai sugebėtų gaminti deguonį iš vietinio regolito ir šviesos užžemiškose ar kitose planetinėse aplinkose, ji taptų patraukliu kandidatu biologinei gyvybės palaikymo sistemai ir ISRU sprendimams. Net kaip mokslinis modelinis organizmas, jos derinys: atsparumas spinduliavimui, tolerancija šalčiui ir biomarkerio išlikimas teikia vertingų įžvalgų tiek planetų apsaugos politikai, tiek strategijoms, ieškant praeities gyvybės Marse.
Ekspertų įžvalga
"Chroococcidiopsis atspindi pagrindinės astrobiologijos ir taikomosios kosmoso biotechnologijos sankirtą," teigia dr. Laura Chen, hipotetinė astrobiologė, turinti patirties mikrobinėse ISRU koncepcijose. "Jos atsparumas suteikia gyvą testinį lauką tirti DNR taisymą esant kosmoso stresoriams ir praktinį potencialą gaminti deguonį iš vietinių medžiagų. Toks dvigubas vaidmuo yra retas ir vertingas misijų projektavimui." (Šis komentaras iliustratyvus ir apibendrina dabartines mokslines perspektyvas.)
Išvada
Chroococcidiopsis yra vienas iš pirmaujančių ekstremofilų modelių astrobiologijoje ir potencialiems kosmoso taikymams. Eksperimentai ISS ir Žemėje atskleidžia pažangias DNR taisymo mechanikas, didelį atsparumą spinduliavimui ir šalčiui, gebėjimą išgyventi ant mėnulio ir marsinių dirvų bei sugebėjimą gaminti deguonį fotosintezės būdu net regolituose, turtinguose perchloratais. Būsimos misijos, kurios tiria mikrogravitacijos poveikį ir infraraudonosios spektro varomą fotosintezę, patikslins įvertinimus apie jos tinkamumą gyvybės aptikimui ir ISRU. Visumoje šie atradimai pozicionuoja Chroococcidiopsis tiek kaip mokslinį priemonę gyvybės ribų tyrimui, tiek kaip galimą biologinį įrankį žmogaus tyrinėjimams už Žemės ribų.
Quelle: sciencealert
Kommentare