Μικρόβιο του πλανήτη μας επιβιώνει, μεταβολίζει και αναπαράγεται επιτυχώς στις συνθήκες του Άρη!

Σύνοψη

• Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Φλόριντα καλλιέργησαν το αλόφιλο αρχαίο Haloferax volcaniiσε συνθήκες που προσομοιώνουν το ρηχό υπέδαφος του Άρη για 160 συνεχόμενες ημέρες.
• Ο μικροοργανισμός απέδειξε την ικανότητά του να αναπαράγεται και να μεταβολίζει τοξικά υπερχλωρικά άλατα σε περιβάλλον ελάχιστης ατμοσφαιρικής πίεσης (24 mbar) και απουσίας οξυγόνου.
• Η ανακάλυψη μετατοπίζει το ενδιαφέρον της αστροβιολογίας από την αναζήτηση απολιθωμάτων στην πιθανότητα ύπαρξης ενεργούς, εν ζωή μικροβιακής δραστηριότητας σε υγρούς υπεδάφιους θύλακες άρμης.
• Τα ευρήματα εγείρουν σοβαρά ζητήματα πλανητικής προστασίας, καθώς αποδεικνύεται ότι τα γήινα μικρόβια θα μπορούσαν θεωρητικά να επιβιώσουν και να μολύνουν το αρειανό οικοσύστημα εάν μεταφερθούν μέσω των διαστημικών σκαφών.

Η αναζήτηση εξωγήινης ζωής επικεντρώνεται παραδοσιακά στον εντοπισμό ιχνών από το μακρινό παρελθόν, όταν ο πλανήτης Άρης διέθετε άφθονο υγρό νερό στην επιφάνεια του και ευνοϊκές θερμοκρασίες για την ανάπτυξη βιολογικών οργανισμών. 

Μία https://www.eurekalert.org/news-releases/1150347 έρχεται να αναθεωρήσει την αποκλειστικά ιστορική προσέγγιση, παρέχοντας πειραματικές αποδείξεις για το γεγονός ότι ορισμένοι μικροοργανισμοί από τη Γη μπορούν να ευδοκιμήσουν στις σημερινές, εξαιρετικά αφιλόξενες συνθήκες που επικρατούν στο υπέδαφος του Άρη. 

Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Φλόριντα, με επικεφαλής τον Adam Robinson, σχεδίασαν ένα αυστηρό πείραμα προκειμένου να μελετήσουν τη συμπεριφορά ενός εξαιρετικά ανθεκτικού οργανισμού κάτω από συνδυαστικές καταπονήσεις, δημιουργώντας το πιο ακριβές μοντέλο αρειανού περιβάλλοντος που έχει δοκιμαστεί ποτέ στο εργαστήριο.

Πώς το μικρόβιο Haloferax volcanii ευδοκιμεί στο αρειανό περιβάλλον

Το Haloferax volcanii είναι ένα αλόφιλο αρχαίο το οποίο τοποθετήθηκε για 160 ημέρες σε προσομοιωμένο αρειανό περιβάλλον εξαιρετικά χαμηλής πίεσης (24 mbar), απουσία οξυγόνου, με υψηλή συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα και παρουσία τοξικών αλάτων υπερχλωρικού οξέος. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν πειραματικά ότι ο μικροοργανισμός όχι μόνο επιβιώνει, αλλά μεταβολίζει και αναπαράγεται ενεργά στα υπεραλμυρά υδατικά διαλύματα.

Αντί να εστιάσουν μεμονωμένα στην έλλειψη οξυγόνου ή στις ακραίες θερμοκρασίες, οι επιστήμονες επέλεξαν να συνθέσουν ένα ρεαλιστικό, πολύπλοκο μοντέλο καταπόνησης. Ο οργανισμός εκτέθηκε σε θάλαμο όπου η ατμόσφαιρα αποτελούνταν σχεδόν εξ ολοκλήρου από διοξείδιο του άνθρακα, ενώ το υδατικό διάλυμα καλλιέργειας ήταν επτά φορές πιο αλμυρό από το θαλασσινό νερό της Γης. Εντός αυτού του διαλύματος προστέθηκαν άλατα νιτρικών και υπερχλωρικών ενώσεων, τα οποία φημίζονται για την εξαιρετική τους τοξικότητα αλλά και για την εντυπωσιακή ιδιότητα τους να ρίχνουν δραστικά το σημείο πήξης του νερού, επιτρέποντας την ύπαρξη υγρών θυλάκων άρμης ακόμα και σε θερμοκρασίες πολύ κάτω από το μηδέν.

Το Haloferax volcanii δεν ανήκει στα βακτήρια, παρότι μορφολογικά τα θυμίζει αρκετά, αλλά κατατάσσεται στα αρχαία (archaea), έναν ξεχωριστό κλάδο της ζωής που περιλαμβάνει οργανισμούς σχεδιασμένους από τη φύση να ευδοκιμούν σε ακραία περιβάλλοντα όπως θερμοπίδακες, όξινα εδάφη και υπεραλμυρές λίμνες. Η κυτταρική τους μεμβράνη αποτελείται από μοναδικά λιπίδια τα οποία προσφέρουν πρωτοφανή αντοχή απέναντι στην οσμωτική πίεση που θα συνέθλιβε τα περισσότερα κύτταρα θηλαστικών. Η ικανότητα αυτού του αρχαίου να αντλεί ενέργεια μέσω της αναερόβιας αναπνοής, χρησιμοποιώντας τα υπερχλωρικά άλατα στη θέση του οξυγόνου προκειμένου να συντηρήσει τον μεταβολισμό του, αποτελεί μια θεμελιώδη ανακάλυψη για την εξερεύνηση του Διαστήματος. 

Προηγούμενες έρευνες είχαν δείξει ότι αρκετοί μικροοργανισμοί μπορούσαν να αντέξουν τέτοιες συνθήκες για λίγες ώρες, παραμένοντας συνήθως σε κατάσταση αδράνειας προκειμένου να προστατεύσουν το γενετικό τους υλικό. Η διαφοροποίηση της νέας μελέτης έγκειται στην τεκμηρίωση κυτταρικής διαίρεσης και μεταβολικής δραστηριότητας κατά τη διάρκεια ολόκληρου του παρατεταμένου πειράματος των 160 ημερών.

Η επιβεβαίωση της ενεργούς ανάπτυξης κάτω από τον συνδυασμό χαμηλής πίεσης, υψηλής αλατότητας, ανοξίας και οξειδωτικής χημείας παρέχει ισχυρή επιστημονική υποστήριξη για την πιθανή κατοικησιμότητα εντοπισμένων θυλάκων υγρού νερού στο ρηχό υπέδαφος του πλανήτη. Οι θεωρητικά υφιστάμενοι θύλακες άρμης, οι οποίοι δεν έχουν εντοπιστεί ακόμα επίσημα από τα ρομποτικά οχήματα επιφανείας, συνιστούν τον πρωταρχικό στόχο για την αναζήτηση ενεργούς ζωής σήμερα. 

Ο επικεφαλής ερευνητής Adam Robinson διευκρίνισε ότι η ανακάλυψη σαφώς δεν αποδεικνύει την ύπαρξη ζωής στον Άρη, αλλά διευρύνει τον όγκο των βιολογικών δεδομένων που υποδεικνύουν ότι η αναζήτηση για σημερινούς οργανισμούς παραμένει μια ρεαλιστική επιστημονική επιδίωξη.

Πέρα από τη θεωρητική σημασία των ευρημάτων, η ομάδα του Πανεπιστημίου της Φλόριντα καθιέρωσε ένα πρακτικό, επαναλήψιμο πλαίσιο καλλιέργειας αλόφιλων μικροοργανισμών σε υγρά μέσα υπό αρειανές συνθήκες χαμηλής πίεσης. Το εν λόγω μεθοδολογικό εργαλείο αναμένεται να αποτελέσει τη βάση για μελλοντικές μελέτες μικροβιακής ανάπτυξης, αξιολόγησης μεταβολικών διεργασιών και διατήρησης βιοϋπογραφών σε προσομοιωμένα εξωγήινα περιβάλλοντα. 

Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο διατηρούνται τα χημικά ίχνη της ζωής μέσα στα άλατα του υπερχλωρικού οξέος θα καθοδηγήσει άμεσα τον σχεδιασμό των οργάνων ανάλυσης που θα ενσωματωθούν στις επόμενες αποστολές, προσφέροντας έναν σαφή κατάλογο αναφοράς για την ευκολότερη διάκριση μεταξύ αβιοτικών χημικών αντιδράσεων και πραγματικών βιολογικών διεργασιών.