В стремлении ответить на фундаментальные вопросы о природе Вселенной и поисках внеземной жизни космос становится важным рубежом для освоения человеком.
Микробы, одни из самых ранних форм жизни, появившихся на Земле, пережили время, выстояли в негостеприимных условиях и сформировали планету уникальным образом, что послужило поводом для исследований и изучения вероятности существования за пределами Земли некой микробной жизни.
Космос - крайне негостеприимная среда обитания, поэтому возникает вопрос: могут ли там вообще выжить микробы? Один из самых ранних экспериментов по изучению способности микроорганизмов выживать в космической среде был проведен в 1960 г. на советском спутнике, доставившем в космос штаммы кишечной палочки и стафилококка. В результате исследования был сделан вывод, что именно эти микроорганизмы способны выживать в условиях микрогравитации. В последующие годы NASA провело эксперименты, в результате которых было установлено, что некоторые микроорганизмы не только могут выживать в неблагоприятных условиях космоса, но и процветать в них.
Одним из микробов, обладающих уникальными свойствами выживать в условиях интенсивного гамма-излучения в космосе, является Deinococcus radiodurans. В экспериментах по проверке способности D. radiodurans выживать в космических условиях бактерии подвергались интенсивному гамма-излучению, колебаниям температуры через определенные промежутки времени и снижению давления до уровня космического вакуума. Несмотря на такой шквал интенсивных стрессовых воздействий, микробы не только выжили, но и смогли размножаться и расти. Хотя механизмы выживания до конца не изучены, предполагается, что способность D. radiodurans выживать в космосе обеспечивается за счет низкомолекулярных протеомных экранов и синтеза новых белков, способных противостоять окислительному повреждению. Кроме того, исследователи продемонстрировали, что D. radiodurans может выживать на космической станции в течение 3 лет. Такие результаты дали толчок к размышлениям о том, могут ли бактерии, подобные D. radiodurans, выжить на другой планете, поскольку адаптации, помогающие D. radiodurans выживать в космосе, потенциально могут быть полезны и для выживания на других планетах.
После этих первых экспериментов NASA отправило в космос несколько микроорганизмов, в том числе в рамках миссий Apollo 16 и 17. Однако их результаты вызывали недоумение. В одних случаях микробы, включая E.coli и Staphylococcus, демонстрировали повышенную резистентность к антибиотикам в космосе. В других случаях, когда стафилококки выращивались в биореакторах, имитирующих микрогравитацию, их вирулентность значительно снижалась, хотя наблюдалось усиленное образование биопленок. Хотя реакция на космический стресс у разных микробов была разной, бактерии, несомненно, развивали стратегии выживания и размножения в космосе.
Ученые продемонстрировали, что, как и на Земле, изменения физической среды обитания микробов заставляют их включать соответствующие гены, чтобы компенсировать эти изменения. Одним из предполагаемых триггеров повышения резистентности к антибиотикам был жидкостной сдвиг, т.е. способность жидкости оказывать давление на внешнюю мембрану микроба. Исследователи сравнили геномы микробов в космосе с земными и обнаружили, что в условиях космоса выше уровень резистентности к антибиотикам, репертуара генов, кодирующих резистентность к антибиотикам и толерантности к металлам. Была выдвинута гипотеза, что эти адаптации, наряду с физическими изменениями в составе мембран, способствуют выживанию в космосе.
Было обнаружено, что на Международной космической станции обитает множество микроорганизмов, включая бактерии и грибы. Присутствуют несколько филогенетических групп бактерий и грибов, включая Acintobacteria, Firmicutes, Proteobacteria, а также Ascomycota и Basidiomycota. Результаты, опубликованные в 2019 году, показали, что некоторые из этих микроорганизмов были связаны с микробиомом космонавтов, а некоторые являлись условно-патогенными микроорганизмами. Хотя ученые рады тому, что эти микробы теперь могут существовать в условиях микрогравитации на борту МКС, это вызвало обоснованные опасения по поводу контаминации, что заставило провести анализ и разработать процедуры дезинфекции космического корабля и защиты космонавтов от заболеваний в космосе.
Поиск внеземной жизни
Несмотря на опасность, которую представляют для космонавтов микробы, их способность выживать в космосе делает поиск внеземной жизни более интересным, поскольку поведение этих микробов может дать представление о том, какие механизмы может использовать жизнь для существования на других планетах. Известно, что магнитотактические бактерии, такие как Magnetospirillum, регулируют биогеохимический цикл железа на Земле и обладают способностью связывать железо, а также магнетит в своих клетках. В результате ученые предположили, что большое количество магнетита, присутствующего на марсианской поверхности, может служить критически важным минералом для поддержания жизни на планете, хотя для этого необходим ряд других факторов.
В свете растущего интереса к внеземной жизни страны наращивают усилия по ее поиску в ходе космических полетов. Например, главная космическая организация Индии - Индийская организация космических исследований (ISRO) - недавно запустила луноход Chandrayaan-3, который впервые в истории освоения космоса совершил посадку вблизи южного полюса Луны. Одной из многочисленных задач лунохода, получившего название Pragyan, является изучение теплофизических характеристик Луны и сравнение их с земными для поиска признаков биологической активности.
Многочисленные космические миссии NASA также дают богатую информацию для поиска биологической активности. Так, аппарат Perseverance Rover специально анализировал образцы на наличие признаков существовавшей в прошлом микробной жизни. С увеличением объема информации, получаемой в ходе таких полетов, ученые надеются найти инопланетную жизнь или, по крайней мере, помочь землянам выжить на других планетах.
Источник: ASM, 22 Sept.,2023
Марсоход NASA Perseverance, совершивший посадку на Марс в феврале 2021 года, занимается поиском образцов горных пород для доставки на Землю с целью анализа на предмет наличия признаков древней жизни. Следует отметить, что железо, в отличие от углерода и серы, после нагрева и метаморфозы горных пород оставляет изотоп в твердом состоянии, что делает его важным биомаркером временного масштаба. На марсианском метеорите ALH84001 были обнаружены кристаллы магнетита, подобные тем, что наблюдаются в магнитотактических бактериях на Земле, хотя впоследствии это открытие было классифицировано как "согласующееся с жизнью, но не нуждающееся в жизни для его объяснения".