Forskare från Lomonosov Moscow State University har studerat mikroorganismers motståndskraft mot gammastrålning i mycket låga temperaturer. Resultaten har publicerats i Extremofiler .

Medeltemperaturen på Mars är -63 °C, men i polarområden och på natten kan det vara så lågt som -145 °C. Atmosfärstrycket är mycket lägre än jordens med 100-1000 gånger, och planeten upplever stark ultraviolett och joniserande strålning. Tills nu, ingen visste i vilken utsträckning mikroorganismer kan stå emot sådana extrema faktorer. Genom att ta reda på gränserna, forskare kan bedöma överlevnaden av mikroorganismer och biomarkörer i hela solsystemet. Denna information kommer att bli ovärderlig vid planering av astrobiologiska rymduppdrag, när det är viktigt att noggrant välja forskningsobjekt och forskningsområden, samt att grundligt utveckla tekniker för att upptäcka liv.

I deras nuvarande tidning, författarna studerade strålningsmotståndet hos mikrobiella samhällen i permafrost sedimentära bergarter under låg temperatur och lågt tryck. Dessa sedimentära bergarter anses vara en terrestra analog av regolit, ytan som produceras av rymdvittring. Forskarna antar att den potentiella biosfären från Mars skulle kunna överleva i ett kryokonserverat tillstånd, och att den huvudsakliga faktorn som begränsar den cellulära livslängden är strålningsskador. Genom att definiera gränsen för strålningsmotstånd, forskare kan uppskatta överlevnadsförmågan hos mikroorganismer i regolit på olika djup.

"Vi har studerat den gemensamma inverkan av ett antal fysiska faktorer (gammastrålning, lågtryck, låg temperatur) på mikrobiella samhällen inom forntida arktisk permafrost. Vi studerade också ett unikt naturtillverkat föremål - den antika permafrosten som inte har smält på cirka 2 miljoner år. I ett nötskal, vi har genomfört ett simuleringsexperiment som täckte villkoren för kryokonservering i Mars regolit. Det är också viktigt att i denna uppsats, vi studerade effekten av höga doser (100 kGy) av gammastrålning på prokaryoters vitalitet, medan det i tidigare studier aldrig hittades några levande prokaryoter efter doser högre än 80 kGy", sade medförfattaren Vladimir S. Cheptsov, en doktorand vid Lomonosov MSU Department of Soil Biology.

Samtidigt som man simulerar dessa faktorer som påverkar mikroorganismerna, forskarna använde en original konstant klimatkammare som håller låg temperatur och tryck under gammastrålning. Författarna noterar också att naturliga mikrobiella samhällen användes som ett modellobjekt, inte rena kulturer av mikroorganismer.

De mikrobiella samhällena visade hög motståndskraft mot förhållandena i simulerad marsmiljö. Efter bestrålning, det totala antalet prokaryota celler och antalet metaboliskt aktiva bakterieceller förblev på kontrollnivån, medan antalet odlade bakterier (de som växer på näringsmedia) minskade 10 gånger. Antalet metaboliskt aktiva celler i archaea minskade tre gånger. Minskningen av antalet odlade bakterier orsakades troligen av en förändring i deras fysiologiska tillstånd och inte av döden.

Forskarna har upptäckt en ganska hög biologisk mångfald av bakterier i det exponerade provet av permafrost, även om den mikrobiella samhällsstrukturen genomgick betydande förändringar efter bestrålning. Särskilt, actinobacteria populationer av släktet Arthrobacter, som inte avslöjades i kontrollproverna, blev dominerande i bakteriesamhällen efter simuleringen. Detta orsakades förmodligen av minskningen av dominerande bakteriepopulationer, så att aktinobakterierna av släktet Arthrobacter kunde upptäckas av forskarna. Författarna föreslår också att dessa bakterier är mer resistenta mot de simulerade förhållandena. Det fanns också studier som bevisade att dessa bakterier har en ganska hög motståndskraft mot ultraviolett strålning, och deras DNA är välbevarat i forntida permafrost genom miljoner år.

"Resultaten av studien indikerar möjligheten till förlängd kryokonservering av livskraftiga mikroorganismer i Mars regolit. Intensiteten av joniserande strålning på ytan av Mars är 0,05-0,076 Gy/år och minskar med djupet. Med hänsyn till intensiteten av strålning i Mars regolit, de erhållna uppgifterna gör det möjligt att anta att hypotetiska Mars-ekosystem skulle kunna bevaras i ett anabiotiskt tillstånd i ytskiktet av regolit (skyddat från UV-strålar) i minst 1,3 miljoner år, på två meters djup i inte mindre än 3,3 miljoner år, och på fem meters djup i minst 20 miljoner år. De erhållna uppgifterna kan också användas för att bedöma möjligheten att detektera livsdugliga mikroorganismer på andra objekt i solsystemet och inom små kroppar i yttre rymden, ", tillade forskaren.

Författarna har, för första gången, bevisat att prokaryoter kan överleva bestrålning med joniserande strålning i doser som överstiger 80 kGy. De erhållna data indikerar både en möjlig underskattning av strålningsmotståndet hos naturliga mikrobiella samhällen och behovet av att studera den gemensamma effekten av en uppsättning utomjordiska och kosmiska faktorer på levande organismer och biomolekyler i astrobiologiska modellexperiment.