Могут ли бактерии выжить в открытом космосе?
Космос – опасная и непригодная для жизни среда. По крайней мере для человека и других животных. И все же, на нашей планете существуют организмы, например, тихоходки, способные выжить в открытом космосе. Эти крошечные беспозвоночные, как показали результаты многочисленных научных исследований, могут пережить ядерный взрыв, падение астероида, радиацию и отсутствие кислорода и воды. Но как оказалось, тихоходки не единственные преуспели в выживании в экстремальных условиях. Так, недавно исследователи обнаружили, что вид бактерий Deinococcus radiodurans может жить в открытом космосе в течение трех лет. Эксперимент, проведенный за бортом Международной космической станции (МКС), приводит к противоречивой теории о том, как жизнь может путешествовать между планетами.
Роботизированная рука прикрепила бактерии на на борту Международной космической станции
Выжить в открытом космосе
Микробиологи потратили десятилетия на изучение экстремофилов – организмов, которые выдерживают экстремальные условия, чтобы понять как появилась жизнь на Земле. Некоторые экстремофилы могут жить без защиты в космосе в течение нескольких дней; другие могут жить годами, но только вырезая дом внутри скал. Эти открытия подтверждают теорию о том, что жизнь, как мы ее знаем, может перемещаться между планетами внутри метеоритов или комет.
Согласно данным работы, опубликованной в журнале Frontiers in Microbiology, бактерии Deinococcus radiodurans могут выживать в космосе не менее трех лет. Акихико Ямагиси, микробиолог из Токийского университета фармации и естественных наук, который руководил исследованием, считает, что результаты также предполагают, что микробная жизнь может путешествовать между планетами, не защищенными камнями.
К такому выводу исследователи пришли после завершения эксперимента, в ходе которого обрамленная бесконечным фоном темного, безжизненного космоса, роботизированная рука на МКС в 2015 году установила открытую коробку с микробами на поручне станции в 400 километрах от поверхности Земли.
Здоровые бактерии, помещенные в коробку, не имели никакой защиты от космических ультрафиолетовых, гамма и рентгеновских лучей.
Deinococcus radiodurans собственной персоной
Ямагиси и его команда рассмотрели несколько видов бактерий и Deinococcus radiodurans выделялся как исключительный. В период с 2010 по 2015 год его команда проводила эксперименты по испытанию D. radiodurans на имитируемых условиях Международной космической станции. Таким образом ученые показали, что бактерии выживут в открытом космосе и с помощью ракеты SpaceX запуск состоялся в апреле 2015 года.
Вместе с ракетой SpaceX в космос отправились три группы бактерий: одна на один год, другая на два года и еще одна на три. После того, как астронавты подготовили панели, роботизированная рука, разработанная исследования специально для эксперимента и управляемая с Земли, установила специальные панели на борту МКС. Каждая панель содержала две небольшие алюминиевые пластины, усеянные 20 неглубокими лунками для различных по размеру бактерий. Одна пластина «смотрела» вниз, на Международную космическую станцию, другая – в космос.
Еще больше увлекательных статей о том, какие эксперименты проводятся на борту Международной космической станции, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Эксперимент с роботизированной рукой
Каждый год роботизированная рука Кибо размонтировала платформу, удерживающую панели, возвращая ее обратно на МКС, чтобы астронавты могли отправить образцы обратно на Землю для анализа. Полученные результаты показали, что бактерии Deinococcus выжили в трехлетнем эксперименте. Клетки бактерий Deinococcus во внешних слоях масс умирали, но эти мертвые внешние клетки защищали внутренние от непоправимого повреждения ДНК. И когда массы были достаточно большими – по-прежнему тоньше миллиметра – клетки внутри выживали в течение нескольких лет.
«Это напомнило мне именно ту стратегию, которую цианобактерии используют в Андах», – говорит Натали Каброль, астробиолог, не связанный с исследованием, руководит поисками внеземного разума в SETI. Каброл изучала, как цианобактерии – одна из старейших форм жизни на Земле – переносят интенсивное солнечное излучение, организуясь в слои, где клетки умирают снаружи и выживают внутри. Она была довольна тем, что эти результаты могут рассказать нам об экстремофилах, обитающих на Земле. Ее слова приводит Smithsonian magazine.
Происхождение жизни на Земле — самая большая загадка человечества
Помимо защитных слоев клеток в колониях, D. radiodurans оказались удивительно устойчивы к повреждениям от радиации. Их гены кодируют уникальные белки, которые восстанавливают ДНК. В то время как человеческие клетки содержат около двух копий ДНК, а большинство бактериальных клеток одну, D. radiodurans содержит до 10 избыточных копий.
Наличие большего количества копий важных генов означает, что клетки могут производить больше копий белков, которые фиксируют ДНК, поврежденную радиацией. Этот врожденный защитный механизм в сочетании с защитными наружными слоями клеток поддерживал жизнь микробов, несмотря на то, что уровень радиации был в 200 раз выше, чем на Земле.
Используя уже имеющиеся данные о том, как каждый дополнительный год влияет на клетки, команда предсказывает, что путешествующие колонии D. radiodurans могут выживать от двух до восьми лет между Землей и Марсом – и наоборот. По мнению авторов исследования, это говорит о том, что мы должны рассмотреть происхождение жизни не только на Земле, но и на Марсе.
Что такое массапанспермия?
Ранее проведенные исследования предполагают, что споры микробов могут выживать внутри горных пород – это называется литопанспермией. Проще говоря, литопанспермия – это разновидность теории панспермии, которая предполагает, что жизнь на Земле могла возникнуть благодаря микробам с другой планеты. Но Ямагиси считает, что результаты исследования экстремофилов, выдерживающих прямое воздействие космической радиации в течение многих лет без камней, являются причиной для нового термина: массапанспермия.
Согласно массапанспермии, где мassa означает массу на латинском языке, колонии бактерий способны выживать в космосе и могут распространяться от планеты к планете.
Не исключено, что жизнь могла попасть на нашу планета из космоса
Однако многие эксперты не решаются принять массапанспермию, аргументируя это тем, что доказательства жизнеспособности D. radiodurans в течение трех лет очень далеки от тех цифр, которые нужны для того, чтобы
отправить колонии бактерий на Марс. Хотя теоретически подобные путешествия бактерий возможны, ученые подсчитали, что материи может потребоваться до нескольких миллионов лет, чтобы покинуть одну планету и приземлиться на другой в пределах Солнечной системы.
И все же, авторы исследования смотрят в будущее с оптимизмом. Еще бы, ведь в условиях, в которых по нашему мнению не может выжить ни один живой организм, удалось выжить бактериям. Сегодня Ямагаси и его команда разрабатывает микроскоп для поиска жизни под поверхностью Марса. Желаем ученым удачи, а мы будем ждать новостей.
Источник
Самое стойкое существо, способное выжить в открытом космосе
Тихоходки, которых еще называют маленькими водяными медведями, способны выдержать экстремальные условия, включая космический вакуум. Это водяные восьминогие животные, которые вырастают не более миллиметра в длину, способны выдержать невероятную жару и слои льда на вершине Гималаев.
Эксперименты показали, что они выживают при температуре от -200 градусов до 148 градусов жары по Цельсию, а также давление, которое в 6000 больше, чем атмосферное, и радиацию в тысячи раз сильнее смертельного уровня для человека.
В 2007 году европейские исследователи узнали о стойкости тихоходок еще больше. Они отправили образцы этих животных в открытый космос на 10 дней, и результаты оказались впечатляющими. Около 68 процентов защищенных от радиации тихоходок выжило, и небольшое количество без защиты от радиации также вернулось из космоса на Землю живыми, и произвело здоровое потомство.
Как же им удалось выжить в таких суровых условиях?
Прибыли из космоса?
Американский биолог-любитель Майк Шо (Mike Shaw) высказал невероятное предположение, что эти существа прибыли к нам из других планет вместе с космическим мусором.
Однако ученые уверены, что эти существа развили удивительную выносливость именно на Земле. Все дело в способности тихоходок впадать в состояние обезвоженности, напоминающее смерть.
При внешних воздействиях, тихоходки сворачиваются в сухой, безжизненный комочек называемый бочонком, снижая свой уровень обмена веществ до 0,01 процента. Свернувшись в такой бочонок, они могут выжить десятки лет или больше, а как только их помещают в воду, они возвращаются в нормальное состояние в течение нескольких часов. Есть примеры того как образец тихоходки, хранившийся в музее, был оживлен спустя более 100 лет.
Эти существа способны и на другие формы трансформации, способствующие их выживанию. Когда содержание кислорода в воде падает до минимального, они вытягиваются в продолжительное расслабленное состояние, что позволяет их клеткам впитать как можно больше воды и кислорода. При сильном холоде тихоходки формируют холодоустойчивый бочонок, который предотвращает формирование кристаллов льда, повреждающих клеточные мембраны.
Все эти невероятные способы выживания тихоходок наводят на очевидный вопрос: если они пришли к нам не из космоса, из какой бесплодной среды они появились?
Хотя ученые до сих пор не могут определить место тихоходок в эволюционном дереве жизни, они считают, что эти животные ближе всего к членистоногим. Скорее всего они появились в очень изменчивой среде, например в озерах, которые быстро замерзают и высыхают. В итоге они могут выжить при суровых условиях открытого космоса, который опаснее любой среды на Земле.
Источник
Тихоходки: выжить в открытом космосе
В 2007 году микроскопическое живое существо под названием тихоходка стало первым животным, выжившим после выхода в открытый космос. Оно перенесло температуру гораздо ниже нуля, безжалостный солнечный ветер и лишенный кислорода космический вакуум. Недавно этот микроскопический космонавт снова отправился в космическое путешествие на корабле Nasa Endeavour. Его миссия – помочь ученым узнать больше о том, как долго самое стойкое животное Земли может выжить вне своей планеты. Тихоходки входят в группу других микроскопических организмов, отобранных для проекта экстремального выживания.
Проект Biokis спонсируется Космическим агентством Италии, и его целью является выяснить степень влияния краткосрочного космического полета на ряд микроскопических организмов. В рамках проекта пройдут семь экспериментов, во время которых будет изучено воздействие условий космоса на организмы на молекулярном уровне.
Группа исследователей на основании данных молекулярной биологии определят изменения в генетической информации организмов, а также исследуют, как клетки физически адаптируются, чтобы справиться с исключительным обезвоживанием, вызванным космическим вакуумом, и с повреждениями вследствие воздействия жесткой радиации.
В соответствии с одним из экспериментов под названием Tardkiss колонии тихоходок будут подвержены различным уровням ионизирующей радиации, определенным с помощью дозиметра, на разных этапах во время космического полета. Результаты этого эксперимента дадут исследователям возможность определить, как доза излучения влияет на работу клеток.
Тихоходки вызвали особый интерес после миссии Фотон-М3 Европейского космического агентства в 2007 году, во время которого была открыта их способность выживать в условиях открытого космоса.
Малые тела
Тихоходки – это микроскопические животные, больше известные под ненаучным названием «водяные медведи». Их маленькие тела и способ передвижения очень напоминают медвежьи. Но эти «медведи» меньше одного миллиметра длиной, и найти их можно в море, пресной воде и на суше.
Генетические исследования продемонстрировали, что изначально они жили в пресных водах, а позже адаптировались к жизни колониями на суше, где они предпочитают влажную среду, такую как почва, мхи, опавшие листья и лишайники.
Тихоходки заслужили название самых стойких животных на Земле после того, как была исследована их сложная система спячки, позволяющая им приостановить практически все основные биологические процессы, когда условия неблагоприятны для поддержания жизни.
Профессор Роберто Гуидетти из Университета Модена и Реггио Эмилия уверен, что способность приостанавливать жизнь и выдерживать низкие температуры и обезвоживание объясняет, почему они могут выжить в космосе.
«Тихоходок можно найти по всему от Арктики до Антарктики, от высоких гор до пустынь, в городах и на приусадебных участках, – объясняет ученый. – На суше они всегда нуждаются хотя бы в небольшом слое воды, окружающей их тело, чтобы производить необходимые для жизни функции».
Но если эти условия меняются, тихоходки способны впасть в экстремальную форму спячки под названием криптобиоз. В этом состоянии они могут выдержать мороз – процесс под названием криобиоз, и обезвоживание, называемое ангидробиоз.
Безводное состояние
«Эта способность [выживать при обезвоживании] включает сложное сочетание факторов, работающих на молекулярном, физиологическом и структурном уровнях, – рассказывает профессор Гуидетти. – Физиология и биохимия ангидробиоза связаны со сложной системой, подразумевающей совместную работу различных молекулярных компонентов в качестве биологических защитных средств».
Сахароза и белки теплового шока, которые экспрессируются, когда клетка находится в стрессовом состоянии, действуют как молекулярные шапероны («наставники»), защищая важные молекулы внутри клетки. Дисахарид под названием трегалоза играет важную роль в защите клеток и биомолекул от обезвоживания путем замещения воды, которая обычно связана с водородом. Во время обезвоживания утеря воды увеличивает ионную концентрацию, что ведет к формированию активных форм кислорода, которые могут повредить важные биомолекулы, включая ДНК. Чтобы противостоять этому, организмы производят антиоксиданты, которые могут удалить активные формы кислорода, уменьшая повреждения клетки. Регулирование метаболизма антиоксидантов представляет собой важный способ избежать повреждений во время обезвоживания.
«Тихоходки могут противостоять неблагоприятным условиям в течение месяцев или даже лет в ангидробиотическом состоянии. При обезвоживании тихоходки демонстрируют высокую сопротивляемость физическим и химическим враждебным условиям, – объясняет профессор Гуидетти. – Это, к примеру, очень высокие и очень низкие температуры, воздействие высокого давления или вакуума, а также контакт с органическими растворителями и ионизирующей радиацией».
Воздействие условий космоса вызывает быстрые изменения у живых организмов.
Эксперимент Tardkiss поможет таким исследователям, как профессор Гуидетти, разработать технологии защиты других организмов, включая человека, от чрезвычайных стрессов вследствие космических условий. Он может также помочь в достижении перспективной цели будущего о расширении исследования Солнечной системы.
Источник