Het personeel van de Faculteit Biologie van de Lomonosov Moscow State University simuleerde de omstandigheden van een verhoogde stralingsachtergrond in combinatie met lage temperaturen, dicht bij die van Mars, en bestudeerde de weerstand van micro-organismen ertegen. Het bleek dat sommige bacteriën en archaea die in oude arctische bevroren rotsen leven, in dergelijke omstandigheden tot wel 20 miljoen jaar in inactieve toestand kunnen bestaan.
De gemiddelde temperatuur op Mars is -63 ° C, maar aan de polen kan het 's nachts dalen tot -145 ° C. Tot nu toe was niet bekend wat de grenzen zijn van de resistentie van micro-organismen tegen dergelijke extreme factoren. Met behulp van deze limieten kunnen wetenschappers het potentieel voor het behoud van micro-organismen en biomarkers in de samenstelling van verschillende objecten in het zonnestelsel beoordelen. Deze informatie is nodig om astrobiologische ruimtemissies te plannen, waarvoor het belangrijk is om de selectie van objecten en studiegebieden zorgvuldig te benaderen en de ontwikkeling van methoden voor het detecteren van leven.
Hoe microben overleven op Mars
In dit werk onderzochten de auteurs de radioresistentie van microbiële gemeenschappen in permafrost sedimentair gesteente onder omstandigheden van lage temperatuur en lage druk. Deze gesteenten worden beschouwd als de aardse analoog van regoliet - restgrond na ruimteverwering. Wetenschappers suggereren dat de potentiële biosfeer van Mars kan worden bewaard in een gecryopreserveerde staat en dat de belangrijkste factor die de duur van het behoud ervan beperkt, de accumulatie van stralingsschade door cellen is. Bepaling van de radioresistentie-limiet van micro-organismen zal het mogelijk maken om de duur van de retentie van micro-organismen in de regolith te schatten, ook op verschillende diepten.
“We hebben het gecombineerde effect van een aantal fysische factoren (gammastraling, lage druk, lage temperatuur) op de microbiële gemeenschappen van oude Arctische bevroren sedimentaire gesteenten onderzocht. Er is onderzoek gedaan naar een uniek natuurlijk object: oude bevroren rotsen die al ongeveer twee miljoen jaar niet zijn ontdooid. Over het algemeen hebben we een model-experiment uitgevoerd dat de omstandigheden van cryopreservatie in de regoliet van Mars vollediger reproduceert. Het is ook belangrijk dat de studie het effect van hoge doses gammastraling (100 kGy) op de levensvatbaarheid van prokaryoten onderzocht, terwijl voorheen levende prokaryoten niet werden gedetecteerd bij bestraling met doses hoger dan 80 kGy ”, aldus Vladimir Cheptsov, postdoctoraal student van de afdeling Biologie. Bodems van de Faculteit Biologie, Moscow State University genoemd naar M. V. Lomonosov. De studie werd ondersteund door de Russian Science Foundation (RSF) in het kader van het Noah's Ark-project,zijn resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Extremophiles.
Inwoners van het populaire Pikabu-portaal brachten met succes atmosferisch perspectief over voor toekomstige kolonistenbacteriën
Bij het simuleren van de impact van factoren op organismen, gebruikten wetenschappers een originele klimaatkamer, die het mogelijk maakt om lage druk en lage temperatuur te handhaven tijdens gammastraling. De auteurs merken op dat natuurlijke microbiële gemeenschappen, in plaats van pure culturen van micro-organismen, als modelobject werden gebruikt.
Promotie video:
De bestudeerde microbiële gemeenschappen hebben een hoge weerstand getoond tegen de effecten van de gesimuleerde omstandigheden van de Mars-omgeving. Na bestraling bleven het totale aantal prokaryote cellen en het aantal metabolisch actieve bacteriecellen op het controleniveau, het aantal gekweekte bacteriën (bacteriën die groeien op voedingsbodems) vertienvoudigde en het aantal metabolisch actieve archaeale cellen verdrievoudigde. Bovendien werd de afname van het aantal gekweekte cellen in het experiment veroorzaakt door een verandering in hun fysiologische toestand, en niet door dood.
Cryopreservatie: hoe het leven in ijs te behouden
In een bestraald permafrostmonster vonden wetenschappers een grote diversiteit aan bacteriën, hoewel na bestraling de structuur van de microbiële gemeenschap aanzienlijk veranderde. Met name populaties van actinobacteriën van het geslacht Arthrobacter, die niet werden gedetecteerd in controlemonsters, begonnen de overhand te krijgen in bacteriële gemeenschappen na blootstelling aan modelomstandigheden. Dit werd waarschijnlijk veroorzaakt door een lichte afname van het aantal cellen van de dominante bacteriepopulaties, waardoor wetenschappers actinobacteriën van het geslacht Arthrobacter konden detecteren. De auteurs suggereren dat bacteriën van dit geslacht meer resistent zijn tegen de effecten van de bestudeerde aandoeningen. Er waren ook andere onderzoeken waarin wetenschappers bewezen dat deze bacteriën een vrij hoge weerstand vertonen tegen de effecten van ultraviolette straling en straling,en hun DNA is miljoenen jaren goed bewaard gebleven in oude bevroren sedimentaire gesteenten.
“De resultaten van de studie wijzen op de mogelijkheid van langdurige cryopreservatie van levensvatbare micro-organismen in de regoliet van Mars. De intensiteit van ioniserende straling op het oppervlak van Mars is 0,05-0,076 Gy / jaar en neemt af met de diepte. Rekening houdend met de intensiteit van straling in de regoliet van Mars, suggereren onze gegevens dat hypothetische ecosystemen van Mars in anabiotische toestand bewaard blijven in de oppervlaktelaag van regoliet (beschermd tegen UV-straling) gedurende ten minste 1,3-2 miljoen jaar, op een diepte van twee meter - op zijn minst 3,3 miljoen jaar, op een diepte van vijf meter - minstens 20 miljoen jaar. De verkregen gegevens kunnen ook worden gebruikt om de mogelijkheid te beoordelen om levensvatbare micro-organismen op andere objecten in het zonnestelsel en in kleine lichamen in de ruimte te detecteren,”voegde de wetenschapper eraan toe.
Gevolgtrekking
De auteurs waren de eersten die de mogelijkheid van overleving van prokaryoten aantoonden bij blootstelling aan ioniserende straling in doses boven 80 kGy. De verkregen gegevens duiden zowel op een mogelijke onderschatting van de radioresistentie van natuurlijke microbiële gemeenschappen als op de noodzaak om het synergetische effect van een combinatie van buitenaardse en ruimtefactoren op levende organismen en biomoleculen te bestuderen in astrobiologische modelexperimenten.
Het werk werd uitgevoerd in samenwerking met wetenschappers van het Space Research Institute van de Russian Academy of Sciences, de A. F. Ioffe RAS, Peter de Grote St. Petersburg Polytechnische Universiteit, Ural Federal University en de B. P. Konstantinov van het Nationaal Onderzoekscentrum "Kurchatov Institute". De studie werd ondersteund door een subsidie van de Russian Science Foundation "Scientific Foundations of the Creation of a National Depository Bank for Living Systems" (project "Noah's Ark").
Vasily Makarov
