Die Mitarbeiter der Fakultät für Biologie der Staatlichen Universität Moskau in Lomonossow simulierten die Bedingungen eines erhöhten Strahlungshintergrunds in Kombination mit niedrigen Temperaturen in der Nähe der Mars-Temperaturen und untersuchten die Resistenz von Mikroorganismen gegen diese. Es stellte sich heraus, dass einige Bakterien und Archaeen, die in alten arktischen gefrorenen Gesteinen leben, unter solchen Bedingungen bis zu 20 Millionen Jahre in einem inaktiven Zustand existieren können.
Die durchschnittliche Temperatur auf dem Mars beträgt -63 ° C, kann aber nachts an den Polen auf -145 ° C fallen. Bisher war nicht bekannt, wo die Grenzen der Resistenz von Mikroorganismen gegen solche extremen Faktoren liegen. Anhand dieser Grenzwerte können Wissenschaftler das Potenzial für die Erhaltung von Mikroorganismen und Biomarkern bei der Zusammensetzung verschiedener Objekte im Sonnensystem bewerten. Diese Informationen sind notwendig, um astrobiologische Weltraummissionen zu planen, für die es wichtig ist, die Auswahl von Objekten und Untersuchungsregionen und die Entwicklung von Methoden zur Erkennung von Leben sorgfältig anzugehen.
Wie Mikroben auf dem Mars überleben
In dieser Arbeit untersuchten die Autoren die Strahlenresistenz mikrobieller Gemeinschaften in Permafrost-Sedimentgesteinen unter Bedingungen niedriger Temperatur und niedrigem Druck. Diese Gesteine gelten als das terrestrische Analogon des Regolithen - Restboden nach Verwitterung des Weltraums. Wissenschaftler schlagen vor, dass die potenzielle Biosphäre des Mars in einem kryokonservierten Zustand erhalten werden kann und der Hauptfaktor, der die Dauer seiner Erhaltung begrenzt, die Anhäufung von Strahlenschäden durch Zellen ist. Die Bestimmung der Strahlenresistenzgrenze von Mikroorganismen ermöglicht es, die Dauer der Retention von Mikroorganismen im Regolithen, auch in verschiedenen Tiefen, abzuschätzen.
„Wir haben die kombinierte Wirkung einer Reihe physikalischer Faktoren (Gammastrahlung, niedriger Druck, niedrige Temperatur) auf die mikrobiellen Gemeinschaften der alten arktischen gefrorenen Sedimentgesteine untersucht. Ein einzigartiges natürliches Objekt wurde untersucht - alte gefrorene Gesteine, die seit etwa zwei Millionen Jahren nicht mehr aufgetaut sind. Im Allgemeinen haben wir ein Modellexperiment durchgeführt, das die Bedingungen der Kryokonservierung im Mars-Regolithen vollständiger reproduziert. Es ist auch wichtig, dass die Studie die Wirkung hoher Gammastrahlungsdosen (100 kGy) auf die Lebensfähigkeit von Prokaryoten untersuchte, während zuvor lebende Prokaryoten bei Bestrahlung mit Dosen über 80 kGy nicht nachgewiesen wurden , sagte einer der Autoren des Artikels, Vladimir Cheptsov, Doktorand am Department of Biology Böden der Fakultät für Biologie der Moskauer Staatlichen Universität, benannt nach M. V. Lomonosov. Die Studie wurde von der Russian Science Foundation (RSF) im Rahmen des Noahs Ark-Projekts unterstützt. Seine Ergebnisse werden in der Zeitschrift Extremophiles veröffentlicht.
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Bei der Simulation des Einflusses von Faktoren auf Organismen verwendeten die Wissenschaftler eine ursprüngliche Klimakammer, die es ermöglicht, während der Gammabestrahlung einen niedrigen Druck und eine niedrige Temperatur aufrechtzuerhalten. Die Autoren stellen fest, dass natürliche mikrobielle Gemeinschaften anstelle von Reinkulturen von Mikroorganismen als Modellobjekt verwendet wurden.
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Die untersuchten mikrobiellen Gemeinschaften haben eine hohe Resistenz gegen die Auswirkungen der simulierten Bedingungen der Marsumgebung gezeigt. Nach der Bestrahlung blieben die Gesamtzahl der prokaryotischen Zellen und die Anzahl der metabolisch aktiven Bakterienzellen auf dem Kontrollniveau, die Anzahl der kultivierten Bakterien (Bakterien, die auf Nährmedien wachsen) verringerte sich um das Zehnfache und die Anzahl der metabolisch aktiven Archaealzellen verringerte sich um das Dreifache. Darüber hinaus wurde die Abnahme der Anzahl kultivierter Zellen im Experiment durch eine Änderung ihres physiologischen Zustands und nicht durch den Tod verursacht.
Kryokonservierung: Wie man das Leben im Eis bewahrt
In einer bestrahlten Permafrostprobe fanden die Wissenschaftler eine große Vielfalt an Bakterien, obwohl sich die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft nach der Bestrahlung signifikant veränderte. Insbesondere begannen Populationen von Actinobakterien der Gattung Arthrobacter, die in Kontrollproben nicht nachgewiesen wurden, in Bakteriengemeinschaften nach Exposition gegenüber Modellbedingungen zu überwiegen. Dies wurde wahrscheinlich durch eine leichte Abnahme der Anzahl der Zellen der dominanten Bakterienpopulationen verursacht, wodurch Wissenschaftler Aktinobakterien der Gattung Arthrobacter nachweisen konnten. Die Autoren schlagen vor, dass Bakterien dieser Gattung resistenter gegen die Auswirkungen der untersuchten Bedingungen sind. Es gab auch andere Studien, in denen Wissenschaftler bewiesen haben, dass diese Bakterien eine ziemlich hohe Beständigkeit gegen die Auswirkungen von ultravioletter Strahlung und Strahlung aufweisen.und ihre DNA ist seit Millionen von Jahren in alten gefrorenen Sedimentgesteinen gut erhalten.
„Die Ergebnisse der Studie weisen auf die Möglichkeit einer langfristigen Kryokonservierung lebensfähiger Mikroorganismen im Mars-Regolithen hin. Die Intensität der ionisierenden Strahlung auf der Marsoberfläche beträgt 0,05 bis 0,076 Gy / Jahr und nimmt mit der Tiefe ab. Unter Berücksichtigung der Strahlungsintensität im Regolithen des Mars legen unsere Daten nahe, dass hypothetische Ökosysteme des Mars in der Oberflächenschicht des Regolithen (vor UV-Strahlen geschützt) mindestens 1,3 bis 2 Millionen Jahre lang in einer Tiefe von mindestens zwei Metern in anabiotischem Zustand erhalten bleiben 3,3 Millionen Jahre in einer Tiefe von fünf Metern - mindestens 20 Millionen Jahre. Die erhaltenen Daten können auch verwendet werden, um die Möglichkeit zu bewerten, lebensfähige Mikroorganismen an anderen Objekten im Sonnensystem und in kleinen Körpern im Weltraum nachzuweisen “, fügte der Wissenschaftler hinzu.
Fazit
Die Autoren waren die ersten, die die Möglichkeit des Überlebens von Prokaryoten nach Exposition gegenüber ionisierender Strahlung in Dosen über 80 kGy nachwiesen. Die erhaltenen Daten weisen sowohl auf eine mögliche Unterschätzung der Strahlenresistenz natürlicher mikrobieller Gemeinschaften als auch auf die Notwendigkeit hin, den synergistischen Effekt einer Kombination von Fremd- und Weltraumfaktoren auf lebende Organismen und Biomoleküle in astrobiologischen Modellexperimenten zu untersuchen.
Die Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Weltraumforschungsinstituts der Russischen Akademie der Wissenschaften, der A. F. Ioffe RAS, Peter der Große Polytechnische Universität St. Petersburg, Ural Federal University und B. P. Konstantinov vom Nationalen Forschungszentrum "Kurchatov Institute". Die Studie wurde durch ein Stipendium der Russischen Wissenschaftsstiftung "Wissenschaftliche Grundlagen für die Schaffung einer Nationalen Depotbank für lebende Systeme" (Projekt "Arche Noah") unterstützt.
Wassili Makarow
