El personal de la Facultad de Biología de la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov simuló las condiciones de un aumento de fondo de radiación en combinación con bajas temperaturas, cercanas a las marcianas, y estudió la resistencia de los microorganismos a ellas. Resultó que algunas bacterias y arqueas que viven en antiguas rocas congeladas del Ártico pueden existir en tales condiciones en un estado inactivo durante hasta 20 millones de años.
La temperatura media en Marte es de -63 ° C, pero en los polos durante la noche puede descender a -145 ° C. Hasta ahora, no se conocía cuáles son los límites de la resistencia de los microorganismos a factores tan extremos. Utilizando estos límites, los científicos pueden evaluar el potencial de conservación de microorganismos y biomarcadores en la composición de varios objetos del sistema solar. Esta información es necesaria para planificar misiones espaciales astrobiológicas, para lo cual es importante abordar con cuidado la selección de objetos y regiones de estudio y el desarrollo de métodos para detectar vida.
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En este trabajo, los autores investigaron la radiorresistencia de comunidades microbianas en rocas sedimentarias del permafrost en condiciones de baja temperatura y baja presión. Estas rocas se consideran el análogo terrestre del regolito: suelo residual después de la meteorización espacial. Los científicos sugieren que la biosfera potencial de Marte puede conservarse en un estado criopreservado y el principal factor que limita la duración de su conservación es la acumulación de daño por radiación por parte de las células. La determinación del límite de radiorresistencia de microorganismos permitirá estimar la duración de la retención de microorganismos en el regolito, incluso a diferentes profundidades.
“Hemos investigado el efecto combinado de varios factores físicos (radiación gamma, baja presión, baja temperatura) en las comunidades microbianas de antiguas rocas sedimentarias congeladas del Ártico. Se ha investigado un objeto natural único: antiguas rocas congeladas que no se han descongelado durante unos dos millones de años. En general, llevamos a cabo un experimento modelo que reproduce de manera más completa las condiciones de criopreservación en el regolito de Marte. También es importante que el estudio investigara el efecto de altas dosis de radiación gamma (100 kGy) sobre la viabilidad de procariotas, mientras que no se detectaron procariotas previamente vivos cuando se irradiaron con dosis superiores a 80 kGy , dijo uno de los autores del artículo, Vladimir Cheptsov, estudiante de posgrado del Departamento de Biología. Suelos de la Facultad de Biología de la Universidad Estatal de Moscú que lleva el nombre de M. V. Lomonosov. El estudio fue apoyado por la Russian Science Foundation (RSF) en el marco del proyecto Arca de Noé,sus resultados se publican en la revista Extremophiles.
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Al simular el impacto de los factores en los organismos, los científicos utilizaron una cámara climática original, que permite mantener baja presión y baja temperatura durante la irradiación gamma. Los autores señalan que las comunidades microbianas naturales, en lugar de cultivos puros de microorganismos, se utilizaron como objeto modelo.
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Las comunidades microbianas estudiadas han mostrado una alta resistencia a los efectos de las condiciones simuladas del medio ambiente marciano. Después de la irradiación, el número total de células procariotas y el número de células bacterianas metabólicamente activas permanecieron en el nivel de control, el número de bacterias cultivadas (bacterias que crecen en medios nutritivos) disminuyó diez veces y el número de células arqueales metabólicamente activas se triplicó. Además, la disminución en el número de células cultivadas en el experimento fue causada por un cambio en su estado fisiológico y no por la muerte.
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En una muestra irradiada de permafrost, los científicos encontraron una gran diversidad de bacterias, aunque después de la irradiación, la estructura de la comunidad microbiana cambió significativamente. En particular, las poblaciones de actinobacterias del género Arthrobacter, que no se detectaron en las muestras de control, comenzaron a prevalecer en las comunidades bacterianas después de la exposición a las condiciones modelo. Esto probablemente fue causado por una ligera disminución en el número de células de las poblaciones dominantes de bacterias, como resultado de lo cual los científicos pudieron detectar actinobacterias del género Arthrobacter. Los autores sugieren que las bacterias de este género son más resistentes a los efectos de las condiciones estudiadas. También hubo otros estudios, durante los cuales los científicos demostraron que estas bacterias exhiben una resistencia bastante alta a los efectos de la radiación ultravioleta y la radiación,y su ADN está bien conservado en antiguas rocas sedimentarias congeladas durante millones de años.
“Los resultados del estudio indican la posibilidad de criopreservación a largo plazo de microorganismos viables en el regolito marciano. La intensidad de la radiación ionizante en la superficie de Marte es de 0.05-0.076 Gy / año y disminuye con la profundidad. Teniendo en cuenta la intensidad de la radiación en el regolito de Marte, nuestros datos sugieren que los ecosistemas hipotéticos de Marte se conservan en estado anabiótico en la capa superficial del regolito (protegido de los rayos UV) durante al menos 1.3-2 millones de años, a una profundidad de dos metros, al menos 3,3 millones de años, a una profundidad de cinco metros, al menos 20 millones de años. Los datos obtenidos también se pueden utilizar para evaluar la posibilidad de detectar microorganismos viables en otros objetos del sistema solar y en el interior de pequeños cuerpos en el espacio exterior”, agregó el científico.
Conclusión
Los autores fueron los primeros en demostrar la posibilidad de supervivencia de los procariotas cuando se exponen a radiación ionizante en dosis superiores a 80 kGy. Los datos obtenidos indican tanto una posible subestimación de la radiorresistencia de las comunidades microbianas naturales como la necesidad de estudiar el efecto sinérgico de una combinación de factores extraterrestres y espaciales sobre organismos vivos y biomoléculas en experimentos con modelos astrobiológicos.
El trabajo se llevó a cabo en colaboración con científicos del Instituto de Investigaciones Espaciales de la Academia de Ciencias de Rusia, el A. F. Ioffe RAS, Universidad Politécnica Pedro el Grande de San Petersburgo, Universidad Federal de los Urales y el B. P. Konstantinov del Centro Nacional de Investigación "Instituto Kurchatov". El estudio fue apoyado por una subvención de la Russian Science Foundation "Fundamentos científicos de la creación de un banco depositario nacional para sistemas vivos" (proyecto "Arca de Noé").
Vasily Makarov
