Mikroby mogą żyć w rzadkiej atmosferze Marsa

Wizja artystyczna tego jak Mars mógł wyglądać, gdy na jego powierzchni płynęła woda. Źródło: ESO/M. Kornmesser

Mikroby, które są jednymi z najprostszych i pierwszych organizmów na Ziemi, mogłyby przetrwać w ekstremalnie rzadkiej atmosferze Marsa, mówią naukowcy.

Powierzchnia Marsa jest obecnie zimna i sucha, jednak istnieje wiele dowodów na to, że miliardy lat temu Czerwona Planeta pokryta była rzekami, jeziorami i morzami. Z uwagi na fakt, że życie na Ziemi pojawia się praktycznie wszędzie tam gdzie jest woda w stanie ciekłym, naukowcy uważają, że życie mogło także pojawić się na Marsie, kiedy i on posiadał odpowiednie zasoby wody. Co więcej, życie może istnieć tam do dzisiaj.

“We wszystkich typach środowiska na Ziemi odkrywamy jakieś mikroorganizmy,” mówi Rebecca Mickol, astrobiolożka z Arkansas Center for Space and Planetary Sciences na Uniwersytecie Arkansas w Fayetteville, główna autorka opracowania. “Ciężko uwierzyć, że nie ma żadnych organizmów na innych planetach czy księżycach.”

Mickol wraz ze swoim zespołem opublikowała wyniki swoich badań w artykule pt. “Low Pressure Tolerance by Methanogens in an Aqueous Environment: Implications for Subsurface Life on Mars,” opublikowanym w periodyku Origins of Life and Evolution of Biospheres.

Wcześniejsze badania pozwoliły naukowcom wykryć metan, najprostszą cząsteczkę organiczną, w marsjańskiej atmosferze. Choć istnieją także niebiologiczne sposoby powstawania metanu – np. aktywność wulkaniczna – to większość tego bezbarwnego, bezwonnego, palnego gazu w atmosferze ziemskiej powstaje w procesach biologicznych.

“Jednym z najbardziej ekscytujących momentów dla mnie było odkrycie metanu w atmosferze Marsa,” mówi Mickol. “Na Ziemi większość metanu powstaje w procesach biologicznych. Tak samo może być na Marsie. Oczywiście istnieje wiele innych wytłumaczeń dla obecności metanu na Marsie. Ale to sprawia, że wyzwanie jest tym bardziej ekscytujące.”

Metanogeny umieszczone w powyższych próbkach, do których dodano substancje odżywcze, piasek i wodę przetrwały umieszczenie w warunkach przypominających marsjańskie. Źródło: Rebecca Mickol

Na Ziemi metan produkuje grupa mikrobów zwanych metanogenami. Metanogeny zazwyczaj żyją na mokradłach, ale znajduje się je także w jelitach bydła, termitów i innych roślinożerców lub w rozkładającej się materii organicznej.

Metanogeny to jedne z najprostszych i najstarszych organizmów na Ziemi. Te mikroorganizmy są anaerobami – tzn. do życia nie potrzebują tlenu. Źródłem energii dla anaerobów jest wodór, a z kolei dwutlenek węgla jest dla nich głównym źródłem atomów węgla niezbędnego do tworzenia związków organicznych.

Sam fakt, że metanogeny nie wymagają tlenu ani fotosyntezy oznacza, że mogą one wciąż żyć pod powierzchnią Marsa, chronione przed wysokimi poziomami promieniowania ultrafioletowego docierającego do powierzchni Czerwonej Planety. To właśnie dlatego są one idealnymi kandydatami na życie na Marsie.

Niemniej jednak, obszar tuż pod powierzchnią Marsa charakteryzuje się ekstremalnie niskim ciśnieniem atmosferycznym zazwyczaj uważanym za niesprzyjające życiu. Ciśnienie na powierzchni Marsa w ciągu roku waha się między jedną setną a jedną tysięczną ciśnienia na powierzchni Ziemi – to zdecydowanie za niskie ciśnienie, aby na powierzchni Marsa mogła przetrwać woda w stanie ciekłym. W tak rzadkiej atmosferze, woda bardzo łatwo odparowuje. Dla porównania, ciśnienie w najwyższym punkcie powierzchni Ziemi, na szczycie Mount Everestu, stanowi jedną trzecią ciśnienia na poziomie morza.

Aby sprawdzić czy metanogeny mogą przetrwać w tak ekstremalnie rzadkiej atmosferze, Mickol i Timothy Kral, drugi autor opracowania oraz astrobiolog z Uniwersytetu Arkansas w Fayetteville, eksperymentowali z czterema gatunkami metanogenów: Methanothermobacter wolfeii, Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicicum i Methanococcus maripaludis. Wcześniejsze eksperymenty przeprowadzane na tych czterech gatunkach na przestrzeni ponad 20 lat dostarczyły wielu danych na temat tych organizmów i ich zdolności przetrwania w symulowanych warunkach marsjańskich.

Najnowszy zestaw eksperymentów, którego wykonanie zajęło około roku, obejmował wyhodowanie mikrobów w probówkach wypełnionych płynem, który służył za imitację płynów potencjalnie  mogących płynąć pod powierzchnią Marsa. Mikroby otrzymywały gaz wodorowy, a płyn przykryty był wacikami pokrytymi pyłem, który może występować na powierzchni Marsa. We wnętrzu każdej probówki zapewniono niskie ciśnienie atmosferyczne.

Tlen zabija te metanogeny, a utrzymanie niskiego ciśnienia i środowiska beztlenowego “było nie lada wyzwaniem” mówi Mickol. Co więcej, woda szybko odparowuje w niskim ciśnieniu, co zdecydowanie ogranicza długość eksperymentu.

Pomimo tych problemów naukowcy odkryli, że metanogeny przetrwały panujące w probówkach warunki przez różne okresy czasu – od 3 do 21 dni, przy ciśnieniu wynoszącym około sześciu tysięcznych ciśnienia panującego na powierzchni Ziemi. “Przeprowadzone przez nas eksperymenty wskazują, że dla niektórych gatunków niskie ciśnienie nie jest istotną przeszkodą w przetrwaniu organizmu,” mówi Mickol.

Naukowcy mierzyli także poziomy metanu, aby sprawdzić czy metanogeny aktywnie rosły w niskim ciśnieniu i produkowały metan.

“Następnym krokiem będzie uwzględnienie także temperatury,” mówi Mickol. “Na Marsie jest bardzo, bardzo zimno, często temperatura spada do -100 stopni Celsjusza w nocy, a czasami, w najcieplejszy dzień roku, w południe temperatura może wzrastać powyżej zera. Przeprowadzaliśmy nasze eksperymenty w niskich temperaturach, bowiem ograniczają one odparowywanie cieczy i pozwalają na lepsze odtworzenie warunków panujących na Marsie.”

Mickol podkreśla, że powyżej opisane eksperymenty nie dowodzą, aby życie istniało na innych planetach. “Niemniej jednak, zważając na obfitość życia na Ziemi, w różnych warunkach ekstremalnych, całkiem możliwe, że życie – w formie bakterii czy mikroorganizmów – także istnieje we Wszechświecie. My staramy się tylko badać taką możliwość.”

Źródło: Astrobio.net