Іноді ми навіть і не підозрюємо, що деякі земні істоти здатні до виживання в космосі. Ми звикли вважати, що наша планета — це оаза, де вирує життя, відбуваються постійні еволюційні процеси, виникають нові види, а поза її межами існування живих організмів неможливе. Але одна з гіпотез виникнення земного життя, відома як гіпотеза панспермії (з грец. πᾶν — «весь», «усякий» та σπερμία — «насіння»), базується на можливості занесення живих істот, зокрема спор мікроорганізмів, із космосу. Природним шляхом з падінням на Землю метеоритів, астероїдів і комет ймовірне її «зараження» життям.
Перші згадки про таку можливість зустрічалися ще у творах грецького філософа Анаксагора (V століття до н.е.). Докладно ця гіпотеза була обґрунтована у працях шведського фізика, хіміка й астрофізика Сванте Арреніуса (лауреат Нобелівської премії з хімії 1903 року). Шляхом розрахунків він детально описав можливість перенесення спор бактерій з планети на планету під дією тиску світла (електромагнітного випромінювання). З іншого боку, деякі земні мікроорганізми-екстремофіли — ті, що живуть в екстремальних умовах навколишнього середовища — не перестають дивувати. Наприклад, відома бактерія з суперможливостями Deinococcus radiodurans абсолютно не боїться ні радіації, ні висушування, ні вакууму. Вона здатна витримувати дозу опромінення в 5000 Гр практично без втрати життєздатності й 15 000 Гр — при 37% життєздатності, тоді як для людини доза у 5 Гр є смертельною. Механізми стійкості до радіації полягають в унікальній здатності бактерії швидко «ремонтувати» пошкоджену ДНК, а також у наявності кількох копій своєї генетичної інформації. Ці екстремофіли синтезують спеціальні білки, що забезпечують цілісність генетичного матеріалу, стійкість до ультрафіолетового (УФ) і загалом високоенергетичного випромінювання й на додаток протидіють агрегації (злипанню) білків клітини при дії екстремальних чинників — зокрема, при висушуванні. У захисті від окислювального стресу, що виникає під час радіаційного впливу на живі системи, бактеріям Deinococcus radiodurans допомагають високоактивні ферменти каталаза та супероксиддисмутаза, а також більш високе співвідношення внутрішньоклітинного марганцю до заліза, ніж у чутливих до радіації мікроорганізмів.
Схожі надможливості проявляють й інші живі істоти Землі. Наприклад, суттєво вплинули на розвиток астробіології експерименти EXPOSE (2008-2015 рр.), після яких учені гіпотетично припустили можливість міжпланетних подорожей спороутворюючої бактерії Bacillus subtilis, лишайників (Stichococcus sp, Trichoderma sp, Acarospora sp), насіння рослин і стійких до високих температур неспороутворюючих бактерій Deinococcus geothermalis. Ці живі організми успішно витримували комплекс ворожих чинників, характерних для відкритого космосу, а саме: галактичне космічне та сонячне ультрафіолетове випромінювання, екстремальний вакуум, коливання температур, висушування, замерзання та мікрогравітацію.
Цікаві результати отримали вчені в межах космічної місії Tanpopo за програмою наукових досліджень на МКС. Зневоднені клітини Deinococcus radiodurans протягом року (з травня 2015-го до травня 2016-го) перебували за бортом орбітального комплексу під впливом чинників відкритого космосу. Бактерії вкладали всередину лунок в алюмінієвих пластинах, накривали кварцевими фільтрами (для захисту від нищівного ультрафіолету з довжиною хвилі менше 200 нм) і розміщували в обладнанні PSI 5 для моделювання космічних умов, оснащеному пластиною контролю температури. Впродовж року вони піддавалися впливу ультрафіолету (200-315 нм) в кількості 3,1×10³ кДж/м², загальній космічній радіації 250-298 мГр, коливанням температури від -21±5°C до +23,9±5°C, тиску від 10⁻⁷ до 10⁻⁴ Па і нульовій вологості.
Після повернення зразків на Землю виявилося, що бактерії Deinococcus radiodurans благополучно вижили. За допомогою скануючого електронного мікроскопа вдалося встановити, що протягом експозиції у космосі вони утворили везикули на поверхні своїх клітин, а кількість білків, що відповідають за внутрішньоклітинний транспорт, і ферментів протеаз значно зросла — це могло бути відповіддю бактерій на стрес. Для захисту від активних форм кисню в клітинах збільшилася концентрація ферментів каталаз і путресцину, що запобігають пошкодженню клітинних компонентів. Бактерії Deinococcus radiodurans були сфокусовані на механізмах відновлення та «ремонту» пошкоджених ділянок ДНК. Таким чином, після року перебування в космосі цей вид ефективно використав різні молекулярні стратегії для виживання у, здавалося б, несумісних із життям космічних умовах.
У вересні 2019 року вчені розпочали дослідження потенціалу виживання різних мікроорганізмів в умовах, подібних до марсіанських. Об’єктами досліджень були бактерії Salinisphaera shabanensis (виділені з глибини 1,3 км у Шабанській западині Червоного моря, де максимальна солоність сягає 26%), Buttiauxella sp (виділені з безкисневого, бідного на поживні речовини сульфідного джерела в Німеччині), Staphylococcus capitis subsp. capitis і спори мікроскопічного гриба Aspergillus niger . Останні два види мікроорганізмів є умовно-патогенними для людини: гриб Aspergillus niger може викликати респіраторні захворювання, особливо у закритих приміщеннях, а бактерія Staphylococcus capitis subsp. capitis — спричиняти інфекції у новонароджених. Обидва вони раніше були виявлені на МКС. Їх поміщали у спеціально збудований герметичний контейнер Trex-Box із нержавіючої сталі та заповнювали його сумішшю газів, що нагадувала марсіанську атмосферу. Контейнер із біологічним матеріалом вкладали у прилад MARSBOx (Microbes in Atmosphere for Radiation, Survival, and Biological Outcomes Experiment) із датчиками та закріплювали на висотному науковому аеростаті NASA. Повітряна куля досягала висоти 38 км, де рівні радіації подібні до зареєстрованих в екваторіальних областях Марсу. Зневоднені мікроорганізми піддавалися впливу УФ-випромінювання в дозі 1148 кДж/м² або ж були захищені від нього фільтрами. Після п’яти годин експозиції у стратосфері біологічні зразки ретельно вивчалися. Спори гриба Aspergillus niger і клітини Salinisphaera shabanensis виявилися найстійкішими. Бактерія Buttiauxella sp була повністю інактивована, а мікроорганізм Staphylococcus capitis subsp. capitis вижив лише під захисними ультрафіолетовими фільтрами.
Отримані дані вказують на виживання різних мікроорганізмів, які асоціюються з космічними кораблями, в умовах, близьких до марсіанських. Результати підтверджують гіпотезу про те, що пігментовані мікроскопічні гриби можуть бути стійкими до умов поверхні Марсу в разі їх випадкової доставки туди міжпланетними апаратами, тому вони є найбільш вірогідними контамінантами, здатними «забруднити» Червону планету.
Не так давно ці дані могли здаватись якимись фантастичними вигадками футурологів, однак на сьогодні постає питання необхідності ретельної стерилізації космічних кораблів і їх устаткування, аби не втілити в реальність теорію техногенної панспермії — «зараження» планет земними формами життя через міжпланетні апарати та супутні об’єкти. Лише тоді, можливо, ми чи наші нащадки матимемо можливість дослідити інші планети у їхній первозданній красі… а можливо, і нашу красуню Землю з її досі незвіданими океанічними глибинами, полярними пустелями та високими горами.
Ви також можете почитати про те, як бактерії можуть допомогти колонізувати Місяць і Марс.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
