Il personale della Facoltà di Biologia dell'Università statale di Mosca Lomonosov ha simulato le condizioni di un maggiore sfondo di radiazioni in combinazione con basse temperature, vicine a quelle marziane, e ha studiato la resistenza dei microrganismi a loro. Si è scoperto che alcuni batteri e archaea che vivono nelle antiche rocce ghiacciate dell'Artico possono esistere in tali condizioni fino a 20 milioni di anni in uno stato inattivo.
La temperatura media su Marte è di -63 ° C, ma ai poli di notte può scendere fino a -145 ° C. Fino ad ora non si sapeva quali fossero i limiti della resistenza dei microrganismi a fattori così estremi. Utilizzando questi limiti, gli scienziati possono valutare il potenziale per la conservazione di microrganismi e biomarcatori nella composizione di vari oggetti nel sistema solare. Queste informazioni sono necessarie per pianificare missioni spaziali astrobiologiche, per le quali è importante avvicinarsi con attenzione alla selezione di oggetti e regioni di studio e allo sviluppo di metodi per rilevare la vita.
Come i microbi sopravvivono su Marte
In questo lavoro, gli autori hanno studiato la radioresistenza delle comunità microbiche nelle rocce sedimentarie del permafrost in condizioni di bassa temperatura e bassa pressione. Queste rocce sono considerate l'analogo terrestre della regolite - suolo residuo dopo l'erosione spaziale. Gli scienziati suggeriscono che la potenziale biosfera di Marte può essere preservata in uno stato crioconservato e il principale fattore che limita la durata della sua conservazione è l'accumulo di danni da radiazioni da parte delle cellule. La determinazione del limite di radioresistenza dei microrganismi consentirà di stimare la durata della ritenzione dei microrganismi nella regolite, anche a diverse profondità.
“Abbiamo studiato l'effetto cumulativo di una serie di fattori fisici (radiazioni gamma, bassa pressione, bassa temperatura) sulle comunità microbiche delle antiche rocce sedimentarie ghiacciate dell'Artico. È stato studiato un oggetto naturale unico: antiche rocce ghiacciate che non si sono scongelate da circa due milioni di anni. In generale, abbiamo effettuato un esperimento modello che riproduce più pienamente le condizioni di crioconservazione nella regolite di Marte. È anche importante che lo studio abbia studiato l'effetto di alte dosi di radiazioni gamma (100 kGy) sulla vitalità dei procarioti, mentre i procarioti precedentemente viventi non sono stati rilevati quando irradiati con dosi superiori a 80 kGy , ha detto uno degli autori dell'articolo, Vladimir Cheptsov, studente post-laurea del Dipartimento di Biologia Suoli della Facoltà di Biologia, Università statale di Mosca intitolata a M. V. Lomonosov. Lo studio è stato sostenuto dalla Russian Science Foundation (RSF) nell'ambito del progetto Noah's Ark,i suoi risultati sono pubblicati sulla rivista Extremophiles.
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Durante la simulazione dell'impatto di fattori sugli organismi, gli scienziati hanno utilizzato una camera climatica originale, che consente di mantenere bassa pressione e bassa temperatura durante l'irradiazione gamma. Gli autori notano che le comunità microbiche naturali, piuttosto che colture pure di microrganismi, sono state utilizzate come oggetto modello.
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Le comunità microbiche studiate hanno mostrato un'elevata resistenza agli effetti delle condizioni simulate dell'ambiente marziano. Dopo l'irradiazione, il numero totale di cellule procariotiche e il numero di cellule batteriche metabolicamente attive sono rimasti al livello di controllo, il numero di batteri coltivati (batteri che crescono su terreni nutritivi) è diminuito di dieci volte e il numero di cellule archaeal metabolicamente attive è diminuito di tre volte. Inoltre, la diminuzione del numero di cellule coltivate nell'esperimento è stata causata da un cambiamento nel loro stato fisiologico e non dalla morte.
Crioconservazione: come preservare la vita nel ghiaccio
In un campione irradiato di permafrost, gli scienziati hanno riscontrato un'elevata diversità di batteri, sebbene la struttura della comunità microbica sia cambiata in modo significativo dopo l'irradiazione. In particolare, le popolazioni di actinobatteri del genere Arthrobacter, che non sono state rilevate nei campioni di controllo, hanno iniziato a predominare nelle comunità batteriche dopo l'esposizione a condizioni modello. Ciò è stato probabilmente causato da una leggera diminuzione del numero di cellule delle popolazioni dominanti di batteri, a seguito della quale gli scienziati sono stati in grado di rilevare gli actinobatteri del genere Arthrobacter. Gli autori suggeriscono che i batteri di questo genere sono più resistenti agli effetti delle condizioni studiate. C'erano anche altri studi, durante i quali gli scienziati hanno dimostrato che questi batteri mostrano una resistenza abbastanza elevata agli effetti delle radiazioni ultraviolette e delle radiazioni,e il loro DNA è ben conservato in antiche rocce sedimentarie ghiacciate per milioni di anni.
“I risultati dello studio indicano la possibilità di crioconservazione a lungo termine di microrganismi vitali nella regolite marziana. L'intensità della radiazione ionizzante sulla superficie di Marte è 0,05-0,076 Gy / anno e diminuisce con la profondità. Tenendo conto dell'intensità della radiazione nella regolite di Marte, i nostri dati suggeriscono che gli ipotetici ecosistemi di Marte sono conservati in stato anabiotico nello strato superficiale di regolite (protetto dai raggi UV) per almeno 1,3-2 milioni di anni, a una profondità di due metri - almeno 3,3 milioni di anni, a una profondità di cinque metri - almeno 20 milioni di anni. I dati ottenuti possono essere utilizzati anche per valutare la possibilità di rilevare microrganismi vitali su altri oggetti nel sistema solare e all'interno di piccoli corpi nello spazio , ha aggiunto lo scienziato.
Conclusione
Gli autori sono stati i primi a dimostrare la possibilità di sopravvivenza dei procarioti se esposti a radiazioni ionizzanti a dosi superiori a 80 kGy. I dati ottenuti indicano sia una possibile sottostima della radioresistenza delle comunità microbiche naturali sia la necessità di studiare l'effetto sinergico di una combinazione di fattori alieni e spaziali su organismi viventi e biomolecole in esperimenti su modelli astrobiologici.
Il lavoro è stato svolto in collaborazione con scienziati dell'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia delle scienze russa, A. F. Ioffe RAS, Università Politecnica Pietro il Grande di San Pietroburgo, Università Federale degli Urali e B. P. Konstantinov del Centro nazionale di ricerca "Istituto Kurchatov". Lo studio è stato sostenuto da una sovvenzione della Russian Science Foundation "Fondamenti scientifici per la creazione di una banca depositaria nazionale per i sistemi viventi" (progetto "Arca di Noè").
Vasily Makarov
