Микроорганизмы могут жить миллионы лет
Учёных спросили: «Есть ли жизнь на Марсе?» - учёные ответили: «Тоже нет». Это шутка. А на самом деле продолжают экспериментировать на Земле. На Биологическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова смоделировали близкие к марсианским повышенный радиационный фон с низкой температурой и давлением, и изучили устойчивость к ним земных микроорганизмов. Оказалось, некоторые бактерии и археи, обитающие в древних арктических мёрзлых породах, могут существовать в таких условиях в неактивном состоянии до 20 миллионов лет!
Осадочные породы вечной мерзлоты Сибири считаются аналогом реголита — остаточного грунта космического выветривания на Марсе. Ученые предполагают, что биосфера Марса в принципе может сохраняться в законсервированном морозом состоянии. Средняя температура на марсианской поверхности -63 оС, а ночью на полюсах она падает до -145 оС. Единственно, что может ограничивать существование марсианской биосферы - накопление клетками радиационных повреждений.
«Нами исследован уникальный природный объект — древние мёрзлые осадочные породы Сибири, не оттаивавшие около двух миллионов лет. Мы подвергли их микробные сообщества одновременному воздействию крайне неблагоприятных для жизни физических факторов - гамма-излучению, низким температуре и давлению. Наш модельный эксперимент наиболее полно воспроизвёл условия криоконсервации в реголите Марса. Также важно, что мы исследовали воздействие высоких доз гамма-излучения (100 кГр) на жизнеспособность прокариот», — рассказал один из авторов статьи Владимир Чепцов, аспирант кафедры Биологии почв Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
Прокариоты (Procaryota, от древнегреческого πρό «перед» и κάρυον «ядро») – значит «доядерные» одноклеточные организмы, в отличие от эукариот не имеющие ядра и внутренних мембранных органоидов (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов). Учёные разделяют прокариоты на два таксона: бактерии (Bacteria), в том числе древнейшие фотосинтезирующие цианобактерии или сине-зелёные водоросли, и археи (Archaea). Потомками прокариот считаются органеллы эукариотических клеток – митохондрии и пластиды.
Для моделирования учёные использовали оригинальную климатическую камеру, позволяющую поддерживать низкие температуру и давление во время жёсткого гамма-облучения. А в качестве «испытателей» использовались природные микробные сообщества, а не чистые лабораторные культуры микроорганизмов.
И что же? Изученные микробные сообщества проявили высокую устойчивость. После облучения общая численность клеток прокариот и количество метаболически активных бактериальных клеток сохранились на контрольном уровне. Численность культивируемых бактерий, растущих на питательных средах, сократилась в десять раз, а количество метаболически активных клеток архей уменьшилось в три раза. При этом снижение численности культивируемых клеток в эксперименте было вызвано отнюдь не гибелью, а изменением их физиологического состояния.
В облучённом образце вечной мерзлоты было обнаружено высокое разнообразие бактерий, хотя структура микробного сообщества значительно изменилась. В частности, популяции актинобактерий рода Arthrobacter, которые ранее не были выявлены в контрольных образцах, стали преобладать в бактериальных сообществах. Вероятно, это было вызвано некоторым снижением численности клеток доминирующих популяций, вследствие чего учёные и смогли обнаружить представителей рода Arthrobacter. Учёные предполагают, что бактерии этого рода более устойчивы. Параллельно проходили другие исследования, в ходе которых выяснилось, что эти бактерии проявляют довольно высокую устойчивость и к воздействию ультрафиолетового излучения, а также радиации, а их ДНК хорошо сохраняется в древних мёрзлых осадочных породах в течение миллионов лет.
«Наши результаты свидетельствуют о возможности длительной криоконсервации микроорганизмов в марсианском реголите. Интенсивность ионизирующего излучения на поверхности Марса составляет 0,05-0,076 Гр/год и снижается с глубиной. С учётом интенсивности излучения в реголите Марса мы можем сделать следующие выводы. Полученные нами данные позволяют предполагать сохранение экосистем Марса в анабиотическом состоянии в поверхностном слое реголита (защищенном от УФ-лучей) в течение не менее 1,3 - 2 млн. лет, на глубине два метра — не менее 3,3 млн. лет, на глубине пять метров — не менее 20 млн. лет», — добавил Владимир Чепцов.
Учёные впервые доказали возможность выживания прокариот при облучении ионизирующей радиацией в дозах свыше 80 кГр, в то время как ранее живых прокариот после такого облучения найти не удавалось. Полученные данные указывают на недооценку радиорезистентности природных микробных сообществ и необходимость исследования синергетического воздействия инопланетных и космических факторов на живые организмы и биомолекулы.
С помощью выявленных пределов учёные теперь смогут оценить возможности сохранения микроорганизмов и биомаркеров на других объектах Солнечной системы. А также более эффективно планировать астробиологические миссии, для которых важно будет правильно подойти к выбору методов поиска жизни, объектов и районов исследования.
Работа проходила в сотрудничестве с Институтом космических исследований РАН, Физико-техническим институтом имени А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого, Уральским федеральным университетом и Петербургским институтом ядерной физики имени Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт». Исследование поддержано грантом Российского научного фонда «Научные основы создания национального банка-депозитария живых систем» (проект «Ноев Ковчег»). Его результаты опубликованы в журнале Extremophiles.
