Астромикробиология - Astro microbiology

Астромикробиология, или экзомикробиология, это изучение микроорганизмы в космосе. Он основан на междисциплинарном подходе, который включает в себя как микробиология и астробиология. Усилия астробиологии направлены на понимание происхождения жизни и поиск жизни за пределами Земли. Поскольку микроорганизмы являются наиболее распространенной формой жизни на Земле и способны колонизировать практически любую среду, ученые обычно сосредотачиваются на микробной жизни в области астробиологии. Более того, маленькие и простые клетки обычно сначала развиваются на планете, а не больше. многоклеточные организмы, и имеют повышенную вероятность переноса с одной планеты на другую через панспермия теория.[1]

Планетарные исследования

Изображение некогда покрытого водой Марса

Поиски внеземной микробной жизни сосредоточены в основном на Марс из-за его многообещающего окружения и непосредственной близости; однако другие астробиологические объекты включают луны Европа, Титан и Энцелад. На всех этих участках в настоящее время или в недавней истории была жидкая вода, которая, по предположениям ученых, является наиболее важным предшественником биологической жизни. Европа и Энцелад, кажется, имеют большое количество жидкой воды, скрытой под слоями льда, покрывающего их поверхность. С другой стороны, Титан - это всего лишь планетное тело помимо Земли с жидкими углеводородами на поверхности. Марс представляет собой главную область, представляющую интерес для поиска жизни, в первую очередь из-за убедительных доказательств, свидетельствующих об активности поверхностной жидкой воды в новейшей истории. Кроме того, на Марсе есть атмосфера, содержащая большое количество углерода и азота, которые являются необходимыми для жизни элементами.[2]

Открытия

Пока что поиски микробной жизни во внеземных локациях были менее чем успешными. Первая из таких попыток была предпринята через НАСА. Программа викингов в 1970-х годах, когда два марсианских посадочных модуля использовались для проведения экспериментов по поиску биосигнатур жизни на Марсе. Посадочные аппараты использовали роботизированные манипуляторы для сбора образцов почвы в герметичные контейнеры, которые были доставлены на Землю. Результаты были в основном неубедительными, хотя некоторые ученые все еще оспаривают их.

В 2008 году российские космонавты сообщили о находках морских планктон живущие на внешних поверхностях окон Международных космических станций. Им еще предстоит найти объяснения этому открытию, но, похоже, оно было результатом заражения человека, хотя это, возможно, никогда не будет доказано.

В настоящее время Марсианская научная лаборатория У миссии есть марсоход на Марсе, который продолжает работать. Спущен на воду 26 ноября 2011 г., совершил посадку в Кратер Гейла 6 августа 2012 года его цель - оценить обитаемость окружающей среды Марса - среди сбора данных по марсианской геологии, климату и наличию воды есть инструменты, которые ежедневно ищут биосигнатуры. Пока его результаты не были плодотворными.

Будущие миссии

Название миссииДата запускаАгентствоЦели
Марс 20202020НАСАМобильный вездеход, который будет очищать поверхность Марса и собирать образцы почвы [3]
Europa Clipper2023НАСАЗапуск спутника, который выйдет на орбиту спутника Юпитера, Европы, и выполнит детальную разведку условий окружающей среды, а также поиск потенциальных мест посадки. [3]

Экспериментирование

земной шар

На Земле было проведено множество исследований для сбора данных о реакции земных микробов на различные смоделированные условия окружающей среды в космическом пространстве. Реакция микробов, таких как вирусы, бактериальные клетки, споры бактерий и грибов, а также лишайники, на изолированные факторы космического пространства (микрогравитация, галактическое космическое излучение, солнечное УФ-излучение и космический вакуум) была определена в экспериментах по моделированию в космосе и в лаборатории. В целом, микроорганизмы имели тенденцию процветать в смоделированных условиях космического полета - у субъектов наблюдались симптомы усиленного роста.[4] и нехарактерная способность к размножению, несмотря на присутствие обычно подавляющих уровней антибиотиков. Фактически, в одном исследовании следы (фоновые уровни) воздействия антибиотиков привели к приобретению устойчивости к антибиотикам в условиях имитации микрогравитации.[5] Механизмы, ответственные за объяснение этих усиленных реакций, еще предстоит обнаружить.[6]

Космос

Способность микроорганизмов выживать в космической среде была исследована для аппроксимации верхних границ биосферы и определения точности теории межпланетного переноса для микроорганизмов. Среди исследованных переменных солнечное УФ-излучение оказало наиболее вредное воздействие на микробные образцы. Среди всех образцов только лишайники (Rhizocarpon geographicum и Xanthoria elegans ) полностью пережил 2 недели пребывания в открытом космосе. Озоновый слой Земли в значительной степени защищает от вредного воздействия солнечного УФ-излучения, поэтому организмы обычно не могут выжить без защиты от озона. При защите от солнечного УФ-излучения различные образцы могли выжить в течение длительного периода времени; споры Б. subtilis, например, могли распространяться в космосе до 6 лет. Данные подтверждают вероятность межпланетного переноса микроорганизмов внутри метеоритов, называемого литопанспермия гипотеза.[6]

Марс

Анабаена Flosaquae, цианобактерия, которая будет процветать на Марсе

Современные технологии уже позволили нам использовать микробы для извлечения материалов на Земле, в том числе более 25% наших текущих запасов меди. Точно так же микробы могут служить той же цели на других планетах, добывая ресурсы, добывая полезные материалы или создавая самоподдерживающиеся реакторы. На сегодняшний день наиболее перспективным из этих кандидатов является цианобактерии. Миллиарды лет назад, цианобактерии изначально помогли нам создать пригодную для жизни Землю, закачивая кислород в атмосферу, и смогли существовать в самых темных уголках Земли. Цианобактерии, наряду с некоторыми другими микробами, пожирающими камни, похоже, без особых усилий способны противостоять суровым условиям космического вакуума. Однако на Марсе цианобактериям даже не придется выдерживать такие суровые условия.[7]

В настоящее время ученые работают над возможностью установки биореакторов или аналогичных объектов на Марсе, которые будут полностью работать на цианобактериях и будут обеспечивать материал для создания топливных элементов, формирования почвенной корки, мелиорации реголита, извлечения полезных металлов / элементов, высвобождения питательных веществ в атмосферу. удаление почвы и пыли; множество других потенциально полезных функций также находится в разработке.[7]

Прототипная схема биореактора Марс

Рекомендации

  1. ^ Рахаматхулла, Мохамудха. «Экзомикробиология (или астромикробиология)». Университет принца Саттама бин Абдулазиза. Получено 12 мая 2016.
  2. ^ Давила, Альфонсо (10 сентября, 2010 г.). «Астромикробиология». Энциклопедия наук о жизни (PDF). Дои:10.1002 / 9780470015902.a0021899. ISBN  978-0470016176 http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/9780470015902.a0021899/asset/a0021899.pdf?v=1&t=io3v5qmq&s=0b2b4f2b1c2ad43d928103c34c0febbf39660bdc&uru+urlsexsystem+ Май + 11% 3A00-14% 3A00 + BST +% 2F + 06% 3A00-09% 3A00 + EDT +% 2F + 18% 3A00-21% 3A00 + SGT + за + необходимое + обслуживание. Приносим извинения + за + неудобства. Получено 12 мая 2016. Отсутствует или пусто | название = (помощь)[постоянная мертвая ссылка ]
  3. ^ а б Коэн, Марк (2003). "Общий обзор: возвращенные образцы архитектуры миссий астробиологии". SAE International. 2675.
  4. ^ Тирумалай М.Р., Каруя Ф., Тран К., Степанов В.Г., Брюс Р.Дж., Отт М., Пирсон Д.Л., Fox GE (май 2017 г.). "Адаптация кишечная палочка клетки, выращенные в условиях искусственной микрогравитации в течение длительного периода, являются фенотипическими и геномными ». NPJ Микрогравитация. 3 (15): 15. Дои:10.1038 / s41526-017-0020-1. ЧВК  5460176. PMID  28649637.
  5. ^ Тирумалай М.Р., Каруя Ф., Тран К., Степанов В.Г., Брюс Р.Дж., Отт М., Пирсон Д.Л., Fox GE (январь 2019 г.). «Оценка приобретенной устойчивости к антибиотикам в кишечная палочка подвергались длительному воздействию микрогравитации с низким сдвигом и фоновому воздействию антибиотиков ". мБио. 10 (e02637-18). Дои:10,1128 / мБио.02637-18. ЧВК  6336426. PMID  30647159.
  6. ^ а б Хорнек, Герда (2010). «Космическая микробиология». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 74 (1): 121–156. Bibcode:2010MMBR ... 74..121H. Дои:10.1128 / mmbr.00016-09. ЧВК  2832349. PMID  20197502.
  7. ^ а б Сюй, Джереми (9 сентября 2010 г.). «Как микробы могут помочь колонизировать Марс». Журнал Astrobiology. НАСА. Получено 12 мая 2016.