میکروارگانیسم‌ها چقدر روی کره مریخ دوام می‌آورند؟

پژوهشگران دانشگاه لومونوسف در مسکو، مقاومت میکروارگانیسم‌ها در برابر تابش پرتو گاما در دمای پایین را بررسی کرده‌اند. نتایج پژوهش آن‌ها در ژورنال Extremophiles منتشر شده است.

دمای میانگین روی سطح مریخ منفی ۶۳ درجه‌ی سانتی‌گراد است؛ اما در شب و در نواحی قطبی تا منفی ۱۴۵ درجه‌ی سانتی‌گراد هم می‌رسد. فشار جوی روی سطح مریخ ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر کمتر از فشار جوی زمین است. این سیاره در معرض تابش‌های فرابنفش و یونیزه قرار دارد. تاکنون کسی نمی‌دانست که میکروارگانیسم‌ها تا چه حد می‌توانند در این شرایط مقاومت کنند. حال که این محدودیت‌ها را می‌دانیم، دانشمندان می‌توانند بقای میکروارگانیسم‌ها و نشانه‌های زیستی در سامانه‌ی خورشیدی را ارزیابی کنند. این اطلاعات در برنامه‌ریزی مأموریت‌های فضایی زیستی بسیار ارزشمند خواهند بود؛ چرا که در این مأموریت‌ها انتخاب هدف و محدوده‌ی پژوهش و توسعه‌ی روش‌های تشخیص حیات بسیار مهم است.

پزوهشگران دانشگاه لومونوسف در مقاله‌ی کنونی خود مقاومت تجمع‌های میکروبی در سنگ‌های رسوبی را در برابر تابش و در دما و فشار پایین بررسی کردند. این سنگ‌های رسوبی، آنالوگی زمینی از سطوح در معرض شرایط جوی فضا در نظر گرفته شدند. پژوهشگران فرض می‌کنند که بیوسفر بالقوه‌ی مریخ می‌تواند در وضعیتی منجمد حفظ شود و تنها عاملی که دوره‌ی زندگی آن‌ را کوتاه می‌کند، آسیب ناشی از تابش است. با تعریف محدودیت مقاومت تابشی، پژوهشگران می‌توانند پایداری میکروارگانیسم‌ها را در اعماق مختلف سطح مریخ تخمین بزنند.

ولادیمیر چپسوف، نویسنده‌ی همکار و دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشکده‌ی زیست‌شناسی خاک در دانشگاه لومونوسف، می‌گوید:

ما تأثیر مشترک تعدادی از عوامل فیزیکی (تابش اشعه گاما، فشار پایین، دمای پایین) را بر جمعیت‌های میکروبی پرمافراست (خاک منجمد) قدیمی قطب شمال بررسی کردیم. ما یک پدیده‌ی منحصر‌به‌فرد طبیعی، یعنی پرمافراست باستانی قطب را که دو میلیون سال است ذوب نشده، بررسی کردیم. به‌طور خلاصه، ما آزمایشی شبیه‌سازی‌ شده که شرایط سطح مریخ را بازسازی می‌کند، انجام دادیم. لازم است اشاره کنم که ما تأثیر دوزهای بالای تابش اشعه گاما (۱۰۰ کیلوگری) روی پروکاریوت‌ها را هم بررسی کردیم. در مطالعاتی که پیش از این انجام شده، در تابش‌های بیش از ۸۰ کیلوگری، هیچ پروکاریوت زنده‌ای یافت نشده است.

شبیه‌سازی این شرایط روی میکروارگانیسم‌ها تأثیر می‌گذارد. پژوهشگران از یک محفظه‌ی اقلیمی استفاده کردند که فشار و دمای پایین را در طول تابش گاما حفظ می‌کند. نویسندگان در مقاله‌ی خود ذکر کرده‌اند که از جمعیت‌های میکروبی طبیعی به‌عنوان مدل در این شبیه‌سازی استفاده شده است و نه جمعیت‌هایی فقط از یک میکروارگانیسم خاص.

جمعیت‌های میکروبی مقاومت زیادی در برابر شرایط شبیه‌سازی‌شده‌ی مریخ از خود نشان دادند. پس از تابش، تعداد کلی سلول‌های پروکاریوت و سلول‌های باکتریایی با متابولیسم فعال در سطح کنترل باقی ماند؛ اما تعداد باکتری‌های پرورش‌یافته تا ده برابر کاهش پیدا کرد. تعداد سلول‌های فعال متابولیک آرکایا تا سه برابر کاهش یافت. کاهش تعداد باکتری‌های پرورش‌یافته به سبب تغییر وضعیت روانی آن‌ها و نه به سبب مرگ بود.

دانشمندان متوجه شدند که تنوع زیستی نسبتا بالایی از باکتری‌ها در پرمافراست، فارغ از ساختار جمعیتشان پس از تابش تغییرات چشمگیری داشتند. به‌ویژه جمعیت‌های آکتینوباکتری از طبقه‌ی آرترواکترها در نمونه‌های شاهد تعداد چندانی نداشتند؛ اما با قرار گرفتن در شرایط شبیه‌سازی، تبدیل به جمعیت غالب شدند. علت این امر احتمالا کاهش جمعیت باکتری‌های غالب بوده که باعث شده است پژوهشگران بتوانند جمعیت طبقه‌ی آرتروباکتر را تشخیص دهند. نویسندگان مقاله بیان می‌کنند که این باکتری‌ها نسبت به شرایط شبیه‌سازی مقاوم تر هستند. پژوهش‌های دیگری نشان داده‌اند که این طبقه از باکتری‌ها به تابش فرابنفش هم مقاوم هستند و دی ان‌ای آن‌ها در میان پرمافراست باستانی، به‌خوبی حفظ شده است. چپسوف می‌گوید:

نتایج این پژوهش احتمال حفظ طولانی‌مدت میکروارگانیسم‌ها در سطح مریخ را نشان می‌دهد. شدت تابش‌های یونیزه روی سطح مریخ ۰.۰۵ تا ۰.۰۷۶ گری در سال است و با افزایش عمق زمین کاهش می‌یابد. با احتساب شدت تابش در سطح مریخ و اطلاعات به‌دست‌آمده می‌توان فرض کرد که اکوسیستم‌های فرضی مریخ می‌توانند در سطح که از تابش فرابنفش ایمن است برای یک میلیون سال، در عمق دو متری برای ۳.۳ میلیون سال و در عمق ۵ متری برای ۲۰ میلیون سال حفظ شوند. از این اطلاعات می‌توان برای ارزیابی احتمال تشخیص میکروارگانیسم‌های زنده در دیگر اجرام سامانه‌ی خورشیدی استفاده کرد.

نویسندگان این مقاله برای نخستین بار ثابت کرده‌اند که پروکاریوت‌ها می‌توانند در دوزهای بیشتر از ۸۰ کیلوگری از تابش یونیزه زنده بمانند. اطلاعات به‌دست‌آمده به دانشمندان امکان می‌دهد مقاومت جمعیت‌های طبیعی میکروبی در برابر تابش‌های یونیزه را تخمین بزنند. پژوهش‌های بیشتری برای بررسی اثر ترکیبی مجموعه‌ای از عامل‌های کیهانی و فرازمینی بر میکروارگانیسم‌های زنده و مولکول‌های زیستی در آزمایش‌های مدل‌های فضایی-زیستی لازم است.