Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk wykazali w symulacjach, że niektóre gatunki porostów mogą przetrwać ekstremalnie trudne warunki podobne do marsjańskich, w tym narażenie na promieniowanie jonizujące.

Polscy badacze chcieli dowiedzieć się, które właściwości fizyczne i biochemiczne mogą pomóc porostom przetrwać warunki podobne do marsjańskich, zachowując jednocześnie aktywność metaboliczną. W swoich eksperymentach wykorzystali dwa gatunki porostów – słojecznicy mchowej (Diploschistes muscorum) oraz płucnicy kolczastej (Cetraria aculeata). Wystawili je na ekstremalne warunki podobne do tych panujących na Czerwonej planecie. Okazało się, że słojecznica mchowa, mogłaby potencjalnie przetrwać na Marsie pomimo wysokich dawek promieniowania.

Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „IMA Fungus” (DOI: 10.3897/imafungus.16.145477).

Porosty kontra Mars

Porosty są symbiotycznym związkiem grzybów głównie z cyjanobakteriami lub zielenicami. Znane są ze swej wysokiej tolerancji na niesprzyjające warunki środowiskowe. Zamieszkują różne ekosystemy na całym świecie, ale są szczególnie ważne w ekstremalnych środowiskach, takich jak gorące pustynie czy zimne regiony polarne. Są uznawane za ekstremofile, zdolne przetrwać w ekstremalnych temperaturach, intensywnym promieniowaniu i długotrwałym niedoborze wody.

Mogą przejść w stan uśpienia, gdy warunki są trudne i odrodzić się po kontakcie z wodą. Podobnie jak w przypadku niesporczaków, które czasami zamieszkują ich zakamarki. Pomyślna strategia życiowa porostów zależy od symbiotycznego związku między grzybem a glonami lub sinicami, co pozwala im kolonizować ekstremalne siedliska lądowe, w których żaden inny organizm wielokomórkowy nie jest w stanie przetrwać. Niezwykła zdolność tych organizmów do przetrwania w trudnych warunkach doprowadziła do sugestii, że mogłyby wytrzymać na Marsie.

Postanowili to sprawdzić badacze z Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk. Ich prace skupiły się na dwóch gatunkach porostów – słojecznicy mchowej oraz płucnicy kolczastej, wybranych ze względu na ich odmienne cechy. – Nasze badanie jest pierwszym, które wykazało, że metabolizm partnera grzybowego w symbiozie porostów pozostał aktywny, gdy znajdował się w środowisku przypominającym powierzchnię Marsa. Odkryliśmy, że Diploschistes muscorum był w stanie przeprowadzać procesy metaboliczne i skutecznie aktywować mechanizmy obronne – powiedziała Kaja Skubała, główna autorka publikacji.

– Te odkrycia poszerzają naszą wiedzę na temat procesów biologicznych w symulowanych warunkach marsjańskich i ujawniają, w jaki sposób uwodnione organizmy reagują na promieniowanie jonizujące — jedno z najważniejszych wyzwań dla przetrwania na Marsie. Ostatecznie badania te pogłębiają naszą wiedzę na temat adaptacji porostów i ich potencjału do kolonizacji środowisk pozaziemskich – dodała Skubała.

Symulacja warunków Czerwonej Planety

Naukowcy umieścili oba gatunki w komorze próżniowej na pięć godzin. Wcześniej zrosili je wodą. Przez pierwsze dwie godziny w komorze panowała temperatura podobna do temperatury letniego dnia na Czerwonej Planecie w okolicy równika, czyli 18 stopni Celsjusza. Potem temperatura stopniowo spadała aż do minus 26 st. C, co miało symulować marsjańską noc.

Temperatury na Marsie są różne w zależności od pory roku, miejsca pomiarów i pory dnia. Średnia temperatura powierzchni Marsa to minus 65 st. C, ale w „upalny” dzień na równiku może oscylować w okolicy nawet 27 stopni na plusie. Z kolei w zimie na biegunach może spaść grubo poniżej minus 100 st. C.

Do komory z porostami wtłoczono także gaz składający się w 95 proc. z dwutlenku węgla, aby symulować atmosferę Marsa na poziomie gruntu. Badacze zadbali też o odpowiednią wilgotność i niskie ciśnienie. Komora z porostami została również potraktowana promieniowaniem rentgenowskim wynoszącą 50 grejów. To dawka porównywalna z tym, co powierzchnia Marsa może otrzymać w ciągu roku.

Wyniki eksperymentów z porostami

Wyniki eksperymentów sugerują, że porosty, a zwłaszcza słojecznica mchowa, mogłyby przetrwać na Marsie pomimo wysokich dawek promieniowania rentgenowskiego związanych z rozbłyskami słonecznymi i cząsteczkami energetycznymi docierającymi do powierzchni planety. Wyniki te podważają założenie, że promieniowanie jonizujące jest barierą nie do pokonania dla życia na Marsie.

Badacze uważają, że słojecznica mchowa przetrwała symulowane, marsjańskie warunki dzięki skorupie z kryształów ze szczawianu wapnia. Ta swoista tarcza mogła ochronić organizm przed uszkodzeniami spowodowanymi promieniowaniem.

„Chociaż szczawian wapnia ma stosunkowo niską liczbę atomową, co sprawia, że ​​jest mniej skuteczny w pochłanianiu promieni rentgenowskich niż cięższe pierwiastki, gęsto upakowane kryształy na powierzchni porostu mogą umożliwiać atomom wapnia interakcję z promieniami rentgenowskimi o niskiej energii, pochłaniając część ich energii” – napisali autorzy w publikacji.

Płucnica kolczasta nie poradziła sobie tak dobrze w symulacjach, chociaż została wybrana ze względu na swoją zdolność do przetrwania w ekstremalnych warunkach na Ziemi – w Arktyce i Antarktyce. Naukowcy wiedzieli wcześniej, że pigmenty melaniny, które nadają temu porostowi ciemnobrązowy lub czarny kolor, ochronią go przed promieniowaniem słonecznym, ponieważ kolor ten może filtrować promieniowanie UVB i UVA. Melanina jest również silnym przeciwutleniaczem, co mogło pomóc organizmowi wytrzymać promieniowanie jonizujące.

Jednak płucnica kolczasta nie zareagowała dobrze na warunki w eksperymencie. Doświadczyła wysokiego poziomu stresu spowodowanego promieniami rentgenowskimi, co objawiało się uszkodzonymi błonami, wadliwymi enzymami i gromadzeniem się nadtlenku wodoru. Co ciekawe, ten porost nie ma szczawianu wapnia, co może być decydującym czynnikiem w przetrwaniu na Marsie.

Źródło: Pensoft Publishers, Science Alert, fot. Skubała et al./ CC BY. Na zdjęciu porost Cetraria aculeata.