A equipe da Faculdade de Biologia da Universidade Estadual de Moscou Lomonosov simulou as condições de um fundo de radiação aumentado em combinação com temperaturas baixas, próximas às marcianas, e estudou a resistência dos microrganismos a elas. Descobriu-se que algumas bactérias e arquéias que viviam em antigas rochas congeladas do Ártico podem existir em tais condições em um estado inativo por até 20 milhões de anos.
A temperatura média em Marte é de -63 ° C, mas nos pólos à noite pode cair para -145 ° C. Até agora, não se sabia quais são os limites da resistência dos microrganismos a tais fatores extremos. Usando esses limites, os cientistas podem avaliar o potencial para a preservação de microrganismos e biomarcadores na composição de vários objetos no sistema solar. Essas informações são necessárias para o planejamento de missões espaciais astrobiológicas, para as quais é importante abordar cuidadosamente a seleção de objetos e regiões de estudo e o desenvolvimento de métodos de detecção de vida.
Como os micróbios sobrevivem em Marte
Neste trabalho, os autores investigaram a radiorresistência de comunidades microbianas em rochas sedimentares permafrost sob condições de baixa temperatura e baixa pressão. Essas rochas são consideradas o análogo terrestre do regolito - solo residual após intemperismo espacial. Os cientistas sugerem que o potencial da biosfera de Marte pode ser preservado em um estado criopreservado e o principal fator que limita a duração de sua preservação é o acúmulo de danos de radiação pelas células. A determinação do limite de radiorresistência dos microrganismos permitirá estimar a duração da retenção dos microrganismos no regolito, inclusive em diferentes profundidades.
“Nós investigamos o efeito combinado de uma série de fatores físicos (radiação gama, baixa pressão, baixa temperatura) nas comunidades microbianas de antigas rochas sedimentares congeladas do Ártico. Um objeto natural único foi investigado - rochas antigas congeladas que não derreteram por cerca de dois milhões de anos. Em geral, realizamos um experimento modelo que reproduz de forma mais completa as condições de criopreservação no rególito de Marte. Também é importante que o estudo investigue o efeito de altas doses de radiação gama (100 kGy) sobre a viabilidade de procariotos, enquanto procariotos anteriormente vivos não foram detectados quando irradiados com doses superiores a 80 kGy , disse um dos autores do artigo, Vladimir Cheptsov, estudante de pós-graduação do Departamento de Biologia Solos da Faculdade de Biologia da Universidade Estadual de Moscou em homenagem a M. V. Lomonosov. O estudo foi apoiado pela Russian Science Foundation (RSF) no âmbito do projeto Noah's Ark,seus resultados são publicados na revista Extremophiles.
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Ao simular o impacto de fatores sobre os organismos, os cientistas usaram uma câmara climática original, que permite manter baixa pressão e baixa temperatura durante a irradiação gama. Os autores observam que comunidades microbianas naturais, ao invés de culturas puras de microorganismos, foram usadas como um objeto modelo.
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As comunidades microbianas estudadas mostraram alta resistência aos efeitos das condições simuladas do ambiente marciano. Após a irradiação, o número total de células procarióticas e o número de células bacterianas metabolicamente ativas permaneceram no nível de controle, o número de bactérias cultivadas (bactérias que crescem em meio nutriente) diminuiu dez vezes, e o número de células de arquea metabolicamente ativas diminuiu três vezes. Além disso, a diminuição do número de células cultivadas no experimento foi ocasionada por uma mudança em seu estado fisiológico, e não por morte.
Criopreservação: como preservar a vida no gelo
Em uma amostra irradiada de permafrost, os cientistas encontraram uma grande diversidade de bactérias, embora após a irradiação, a estrutura da comunidade microbiana mudou significativamente. Em particular, populações de actinobactérias do gênero Arthrobacter, que não foram detectadas nas amostras de controle, começaram a prevalecer nas comunidades bacterianas após a exposição às condições modelo. Provavelmente, isso foi causado por uma ligeira diminuição no número de células das populações dominantes de bactérias, como resultado da qual os cientistas foram capazes de detectar actinobactérias do gênero Arthrobacter. Os autores sugerem que bactérias desse gênero são mais resistentes aos efeitos das condições estudadas. Houve também outros estudos, durante os quais os cientistas provaram que essas bactérias exibem uma resistência bastante elevada aos efeitos da radiação ultravioleta e da radiação,e seu DNA está bem preservado em antigas rochas sedimentares congeladas por milhões de anos.
“Os resultados do estudo indicam a possibilidade de criopreservação a longo prazo de microrganismos viáveis no rególito marciano. A intensidade da radiação ionizante na superfície de Marte é de 0,05-0,076 Gy / ano e diminui com a profundidade. Levando em consideração a intensidade da radiação no regolito de Marte, nossos dados sugerem que ecossistemas hipotéticos de Marte são preservados em estado anabiótico na camada superficial do regolito (protegido dos raios ultravioleta) por pelo menos 1,3-2 milhões de anos, a uma profundidade de dois metros - pelo menos 3,3 milhões de anos, a uma profundidade de cinco metros - pelo menos 20 milhões de anos. Os dados obtidos também podem ser usados para avaliar a possibilidade de detecção de microorganismos viáveis em outros objetos do sistema solar e dentro de pequenos corpos no espaço sideral”, acrescentou o cientista.
Conclusão
Os autores foram os primeiros a comprovar a possibilidade de sobrevivência dos procariotos quando expostos à radiação ionizante em doses acima de 80 kGy. Os dados obtidos indicam tanto uma possível subestimação da radiorresistência de comunidades microbianas naturais quanto a necessidade de estudar o efeito sinérgico de uma combinação de fatores alienígenas e espaciais em organismos vivos e biomoléculas em experimentos com modelos astrobiológicos.
O trabalho foi realizado em colaboração com cientistas do Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Russa de Ciências, o A. F. Ioffe RAS, Universidade Politécnica Peter the Great St. Petersburg, Universidade Federal de Ural e B. P. Konstantinov do Centro Nacional de Pesquisa "Instituto Kurchatov". O estudo foi apoiado por uma bolsa da Fundação Científica Russa "Fundamentos Científicos da Criação de um Banco Depositário Nacional de Sistemas Vivos" (projeto "Arca de Noé").
Vasily Makarov
