Ny forskning av ett transatlantiskt team av forskare tyder på att bakterier kan överleva i salthaltiga kemikalier som finns på Mars, Enceladus, Europa, Pluto och möjligen någon annanstans.

Upptäckten av plymer och underjordiska hav på Jupiters måne Europa, organiska material på Mars, och sannolikheten för hydrotermiska öppningar i haven av Saturnus måne Enceladus, tum mänskligheten närmare att upptäcka livet någon annanstans. Sådant liv skulle behöva tåla extrema miljöer, och tidigare studier tyder på att olika typer av bakterier kan.

Flytande hav på vissa kroppar långt från solen har lägre fryspunkter på grund av kemikalier och salter som utgör frostskyddsmedel, så mikrobiellt liv skulle behöva överleva både temperaturerna och elementen. För att zooma in på parametrar för mikrobiell överlevnadsförmåga, forskare från tekniska universitetet i Berlin, Tufts University, Imperial College London, och Washington State University genomförde tester med Planococcus halocryophilus, en bakterie som finns i den arktiska permafrosten.

De utsatte bakterierna för natrium, magnesium- och kalciumkloridcocktails, liksom lösningar av perklorat, som är en kemisk förening som kan hjälpa Mars att upprätthålla flytande vatten under sommaren. Huvudförfattare Jacob Heinz, vid tekniska universitetet i Berlins centrum för astronomi och astrofysik, säger att forskarna expanderade bortom den konventionella natriumkloridlösningen eftersom "det finns mycket mer än så på Mars."

Giftigt för livet

Eftersom perklorater är giftiga i stora koncentrationer, forskare ville avgöra om hur mycket och i vilka koncentrationer de kan hämma bakteriell överlevnadsförmåga. Överlevnadsgraden för bakterier i perklorat var mycket lägre än i alla andra lösningar, även vid temperaturer så låga som –30 grader Celsius (–22 grader Fahrenheit), priserna var något bättre.

Heinz förklarar att den lägsta fryspunktssänkningen – i vilken utsträckning ett löst ämne kan sänka en lösnings frystemperatur – för perklorat kräver ungefär 50 procent av massan av den totala lösningen, vilket är otroligt högt jämfört med fryspunktssänkningen av andra klorider. Med tanke på dess toxicitet, den låga överlevnadsförmågan hos bakterier i koncentrerade perkloratlösningar är inte förvånande.

Betyder det att Mars inte kan stödja mikrobiellt liv? Enligt Heinz, livet är fortfarande en möjlighet där. Närvaron av perklorat "skulle inte utesluta liv på Mars eller någon annanstans, " säger han. "Bakterier i tioprocentiga perkloratlösningar kan fortfarande växa." Mars ytjord innehåller mindre än en viktprocent perklorat, men Heinz påpekar att saltkoncentrationerna i lösningar är annorlunda än i jord.

Anpassad för att överleva

Flytande perkloratlösningar kan också spädas ut för att öka bakteriernas förmåga att överleva, även om en balans mellan koncentration och temperatur måste upprätthållas.

Theresa Fisher, en Ph.D. student vid Arizona State University's School of Earth and Space Exploration som fokuserar på mikrobiell ekologi och planetarisk beboelighet, håller med om att studiens resultat inte utesluter bakteriell överlevnad på Mars – faktiskt, kanske tvärtom.

Platser som Atacamaöknen (världens torraste miljö) i Chile och delar av Antarktis har relativt höga perkloratnivåer, Fisher berättar för Astrobiology Magazine.

"Jag skulle bli förvånad om mikrober inte har utvecklat ett sätt att hantera denna toxicitet, " hon säger.

Rent generellt, kallare temperaturer ökar mikrobiell överlevnadsförmåga, men temperatur är inte en "en-storlek-passar-alla"-faktor – typen av mikrob och sammansättningen av den kemiska lösningen avgör också den söta punkten för överlevnad. Forskarna fann att bakterier i en natriumkloridlösning (NaCl) dog inom två veckor vid rumstemperatur. Vid fyra grader Celsius, överlevnaden ökade, och när temperaturen når -15 grader Celsius (5 grader Fahrenheit), nästan alla bakterier överlevde. NaCl har en högre fryspunkt (–21 grader Celsius/–5,8 grader Fahrenheit) än de andra salterna; bakterier i magnesium- och kalciumkloridlösningarna hade höga överlevnadsgrader vid –30 grader Celsius (–22 grader Fahrenheit).

Detta är inte förvånande eftersom "alla reaktioner, inklusive de som dödar celler, är långsammare vid lägre temperaturer, säger Heinz, "men bakteriell överlevnadsförmåga ökade inte mycket vid lägre temperaturer i perkloratlösningen, medan lägre temperaturer i kalciumkloridlösningar gav en markant ökning av överlevnadsförmågan."

Resultaten varierade också mellan de tre mer konventionella saltlösningsmedlen. Bakterier i kalciumklorid (CaCl2) hade signifikant lägre överlevnadsgrad än de i natriumklorid (NaCl) och magnesiumklorid (MgCl2) mellan 4 och 25 grader Celsius, men lägre temperaturer ökade överlevnaden i alla tre.

Forskare utsatte bakterierna för många frys-/upptiningscykler från 25 grader Celsius (77 grader Fahrenheit) till –50 grader Celsius (–58 grader Fahrenheit). Mars kan genomgå några ganska dramatiska yttemperaturförändringar, både dagtid och säsongsbetonad, beroende på platsen på planeten säger Heinz. Medeltemperaturen på Mars är ungefär –60 grader Celsius (–76 grader Fahrenheit), med temperaturer vid polerna som sjunker till –125 grader Celsius (–193 grader Fahrenheit). Följaktligen, bakterier måste klara extrema fluktuationer för att överleva.

Rent generellt, saltare lösningar förbättrade överlevnaden vid frysning/upptining. Enligt Fisher, "bakterie, när man är stressad, har chocksvar. De tillverkar specifika proteiner som hjälper dem att anpassa sig, överleva, och klara av skadliga miljöer." Tillsats av 10 procent natriumklorid minskade den mikrobiella dödligheten från 20 procent till 7 procent och ökade antalet frys-/tiningscykler som bakterierna kunde uthärda från 70 till 200. Bakterier tillverkar stabiliserande proteiner som en chockreaktion på svåra miljöer, Fisher förklarar, "men det finns bara så många chockproteiner som bakterier kan producera."

Överlevnad kontra tillväxt

Medan studien ger insikt i utomjordiska mikrobiella möjligheter, Heinz betonar skillnaden mellan att överleva och att frodas. Bara för att bakterier existerar under vissa förhållanden betyder det inte att de faktiskt växer. Heinz arbetar för närvarande med en annan studie för att fastställa hur olika koncentrationer av salter över olika temperaturer påverkar bakteriell förökning.

"Överlevnad kontra tillväxt är en väldigt viktig skillnad, "Fisher bekräftar, "men livet lyckas ändå överraska oss. Vissa bakterier kan inte bara överleva i låga temperaturer, men kräver att de metaboliseras och frodas. Vi bör försöka vara opartiska när vi antar vad som krävs för att en organism ska frodas, inte bara överleva."

Studier som undersöker olika saltlösningar, koncentrationer, och temperaturer hjälper forskarna att fokusera sökandet efter liv, eller åtminstone inte utesluta möjligheter, såsom mikrobiell överlevnad i giftigt perklorat. Andra variabler påverkar sökandet efter liv, såsom en bakteries förmåga att motstå strålning eller extremt atmosfäriskt tryck. There may even be factors we don't know about yet, but with each study, there's one fewer haystack to search.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av NASAs Astrobiology Magazine. Utforska jorden och bortom på www.astrobio.net.