Gamle bakterier kan lure under overflaten til Mars

I en første av sitt slag studie fant et forskerteam, inkludert Northwestern Universitys Brian Hoffman og Ajay Sharma, at eldgamle bakterier kunne overleve nær overflaten på Mars mye lenger enn tidligere antatt. Og – når bakteriene er begravet og dermed skjermet fra galaktisk kosmisk stråling og solprotoner – kan de overleve mye lenger. Når Mars’ første prøver kommer tilbake til jorden, bør forskerne være på utkikk etter eldgamle sovende bakterier.

Disse funnene styrker muligheten for at hvis liv noen gang utviklet seg på Mars, kan dets biologiske rester bli avslørt i fremtidige oppdrag, inkludert ExoMars (Rosalind Franklin rover) og Mars Life Explorer, som vil bære bor for å trekke ut materialer fra 2 meter under overflaten.

Og fordi forskerne beviste at visse stammer av bakterier kan overleve til tross for Mars’ tøffe miljø, kan fremtidige astronauter og romturister utilsiktet forurense Mars med sine egne haikebakterier.

Oppgaven vil bli publisert tirsdag (25. oktober) i tidsskriftet Astrobiologi.

“Våre modellorganismer fungerer som proxyer for både forurensning av Mars, så vel som bakoverforurensning av jorden, som begge bør unngås,” sa Michael Daly, professor i patologi ved Uniformed Services University of the Health Sciences (USU) og medlem av National Academies’ Committee on Planetary Protection, som ledet studien. “Det er viktig at disse funnene også har biologiske forsvarsimplikasjoner, fordi trusselen fra biologiske midler, som miltbrann, fortsatt er en bekymring for forsvaret av militæret og hjemlandet.”

“Vi konkluderte med at terrestrisk forurensning på Mars i hovedsak ville være permanent – over tidsrammer på tusenvis av år,” sa Hoffman, en senior medforfatter av studien. “Dette kan komplisere vitenskapelige anstrengelser for å lete etter liv fra Mars. På samme måte, hvis mikrober utviklet seg på Mars, kunne de være i stand til å overleve til i dag. Det betyr at tilbakevendende Mars-prøver kan forurense Jorden.”

Hoffman er Charles E. og Emma H. ​​Morrison-professor i kjemi og professor i molekylær biovitenskap ved Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences. Han er også medlem av Chemistry of Life Processes Institute.

Simulerer Mars

Miljøet på Mars er tøft og uforsonlig. De tørre og iskalde forholdene, som er gjennomsnittlig -80 grader Fahrenheit (-63 grader Celsius) på middels breddegrader, gjør at den røde planeten virker ugjestmild for livet. Enda verre: Mars blir også konstant bombardert av intens galaktisk kosmikk stråling og solprotoner.

For å undersøke om liv kunne overleve under disse forholdene, bestemte Daly, Hoffman og deres samarbeidspartnere først overlevelsesgrensene for ioniserende stråling for mikrobielt liv. Deretter eksponerte de seks typer jordiske bakterier og sopp for en simulert overflate på Mars – som er frossen og tørr – og zappet dem med gammastråler eller protoner (for å etterligne stråling i verdensrommet).

“Det er ikke noe rennende vann eller betydelig vann i Mars-atmosfæren, så celler og sporer ville tørke ut,” sa Hoffman. “Det er også kjent at overflatetemperaturen på Mars er omtrent lik tørris, så den er faktisk dypfryst.”

Til syvende og sist bestemte forskerne at noen terrestriske mikroorganismer potensielt kunne overleve på Mars over geologiske tidsskalaer på hundrevis av millioner år. Faktisk oppdaget forskerne at en robust mikrobe, Deinococcus radiodurans (kjærlig kjent som “Conan the Bacterium”), er spesielt godt egnet til å overleve Mars’ tøffe forhold. I de nye eksperimentene overlevde bakterien Conan astronomiske mengder stråling i det iskalde, tørre miljøet – langt overlevde Bacillus-sporer, som kan overleve på jorden i millioner av år.

Radikal stråling

For å teste effekten av stråling, eksponerte teamet prøver for store doser gammastråling og protoner – typisk for det Mars mottar i nær undergrunnen – og langt mindre doser, som ville oppstå hvis en mikroorganisme ble dypt begravd.

Deretter brukte Hoffmans team ved Northwestern en avansert spektroskopiteknikk for å måle opphopningen av manganantioksidanter i cellene til de utstrålede mikroorganismene. Ifølge Hoffman korrelerer størrelsen på stråledosen som en mikroorganisme eller dens sporer kan overleve med mengden manganantioksidanter den inneholder. Derfor betyr flere manganantioksidanter mer motstand mot stråling – og mer forbedret overlevelse.

I tidligere studier fant tidligere forskere at bakterien Conan, når den er suspendert i væske, kan overleve 25 000 enheter stråling (eller “grå”), tilsvarende omtrent 1,2 millioner år like under overflaten til Mars. Men den nye studien fant at når den solide bakterien tørkes, frosset og dypt begravd – som ville være typisk for et Mars-miljø – kan den tåle 140 000 grått stråling. Denne dosen er 28 000 ganger større enn hva som ville drepe et menneske.

Selv om bakterien Conan bare kunne overleve noen få timer ved overflaten mens han badet i ultrafiolett lys, levetiden forbedres dramatisk når den er skyggelagt eller plassert rett under overflaten til Mars. Begravd bare 10 centimeter under Mars-overflaten, øker Bakterien Conan sin overlevelsesperiode til 1,5 millioner år. Og når den ble begravd 10 meter ned, kunne den gresskarfargede bakterien overleve hele 280 millioner år.

Ser på fremtidige oppdrag

Denne forbløffende overlevelsesbragden er delvis takket være bakteriens genomiske struktur, fant forskerne. Lenge mistenkt, oppdaget forskerne at Conan the Bacteriums kromosomer og plasmider er koblet sammen, og holder dem i perfekt justering og klare for reparasjon etter intens stråling.

Det betyr at hvis en mikrobe, som ligner på bakterien Conan, utviklet seg i løpet av en tid da vannet sist strømmet på Mars, kan dens levende rester fortsatt være i dvale i den dype undergrunnen.

“Selv om D. radiodurans begravd i Mars-undergrunnen ikke kunne overleve i dvale i de anslåtte 2 til 2,5 milliarder årene siden rennende vann forsvant på Mars, blir slike Mars-miljøer regelmessig endret og smeltet av meteorittnedslag,” sa Daly. “Vi foreslår at periodisk smelting kan tillate intermitterende repopulasjon og spredning. Dessuten, hvis liv fra Mars noen gang har eksistert, selv om levedyktige livsformer ikke er tilstede på Mars, ville makromolekylene og virusene deres overleve mye, mye lenger. Det styrker sannsynligheten for at hvis liv som noen gang har utviklet seg på Mars, vil dette bli avslørt i fremtidige oppdrag.”

Studien har tittelen “Effects of desiccation and freezing on microbial ionizing radiation survivability: Considerations for Mars sample-return.”

---

---