6 دقیقه
یک سیانوباکتری مقاوم با پتانسیل کاربردی
افزرم‌زی‌ها—موجوداتی که برای زنده ماندن در شرایط فیزیکی یا شیمیایی بسیار سخت سازگار شده‌اند—در اخترزیستشناسی نقش مرکزی دارند. علاوه بر کمک به دانشمندان برای تعریف محدودیت‌های حیات، برخی از این افزرم‌ها می‌توانند به‌عنوان ابزارهای زیستی برای تولید منابع مورد نیاز جهت حضور پایدار انسان فراتر از زمین، مانند اکسیژن، به‌کار گرفته شوند. کار جدیدی که دهه‌ها آزمایش را یکپارچه بررسی کرده است، یک نامزد ویژه را برجسته میکند: سیانوباکتری سازگار با بیابان Chroococcidiopsis.
جایی که Chroococcidiopsis رشد میکند و چرا اهمیت دارد
Chroococcidiopsis در محیطهای خشک در چند قاره یافت می‌شود، از بیابان‌های گرم در آسیا و آمریکای شمالی تا بیابان‌های سردِ قطب جنوب. زیستگاه‌های طبیعی آن در معرض خشکی شدید، تابش فرابنفش خورشیدی، نوسانات دمایی بزرگ و بسترهای معدنی فقیر از مواد مغذی قرار دارند—ویژگی‌هایی که آن را به کانون مطالعات برای سنجش امکان بقای زندگی در مریخ یا فضای باز تبدیل کرده‌اند.
چندین آزمایشگاه و مأموریت فضایی محدودیت‌های Chroococcidiopsis را آزمایش کرده‌اند. از جمله برجسته‌ها می‌توان به آزمایشهای BIOMEX (آزمایش زیست‌شناسی و مریخ) و BOSS (Biofilm Organisms Surfing Space) اشاره کرد که هر دو از سکوهای EXPOSE سازمان فضایی اروپا نصب‌شده در بیرون ایستگاه فضایی بین‌المللی استفاده کردند. این مأموریتها نمونه‌ها را در مدار پایین زمین قرار دادند تا بقا و پاسخ‌های فیزیولوژیک به خلأ، تابش یونیزه‌کننده کیهانی و اشعه فرابنفش خورشیدیِ بدون فیلتر را اندازه‌گیری کنند.
سخت‌افزار پروازی EXPOSE در بیرون ایستگاه فضایی با نمونه‌های خشک‌شده Chroococcidiopsis که در معرض قرار گرفته‌اند. (Roscosmos/ESA)
BIOMEX بر سلولهای منفرد تمرکز داشت، در حالی که BOSS بیوفیلمها—لایههای چندسلولی که در آن سلول‌ها و ماتریکس خارج‌سلولی یک واحد جمعی را شکل میدهند—را بررسی کرد. هر دو آزمایش به یک نتیجه کلیدی رسیدند: تابش فرابنفش عامل اصلی آسیب کشنده است، اما حتی حفاظ اندک نیز محافظت قابل‌توجهی فراهم میکند. در BIOMEX، یک لایه نازک سنگ یا ریگ شبیهسازیشده (regolith) میزان آسیب را کاهش داد و در BOSS لایههای بیرونی بیوفیلم به‌طور فداکارانه سلولهای داخلی را از فرابنفش محافظت کردند و عملاً نوعی ضدآفتاب زیستی ایجاد کردند.
آزمایشهای آزمایشگاهی: مقاومت در برابر تابش، تحمل سرما و پایداری نشانگرهای زیستی
آزمایشهای زمینی مکمل آزمایشهای فضایی هستند. Chroococcidiopsis در آزمایشگاه‌ها در برابر دوزهای بسیار بالای تابش گاما مقاومت نشان داده است—تحمل دوزهایی هزاران برابر بیشتر از میزان کشنده برای انسان—که این امر به مسیرهای توانمند تعمیر DNA نسبت داده می‌شود. در یک مطالعه، سلول‌هایی که در معرض تقریباً 24 کیلوگری (kGy) قرار گرفتند زنده ماندند و در آزمایشهای دیگر حتی زمانی که سلول‌ها توسط سطوح بالاتر تابش از بین رفتند، نشانگرهای بادوام مانند پیگمان‌های کاروتنوئیدی قابل شناسایی باقی ماندند. این پایداری گونه را به یک نمونه آنالوگ مفید برای جستجوی نشانگرهای زیستی منقرض‌شده یا فسیل‌وار روی سطوح سیاره‌ای مانند مریخ تبدیل میکند.
آزمایشهای تحمل سرما نشان میدهد Chroococcidiopsis میتواند در دماهای حدود −80°C به حالت شیشه‌ای (vitrify) وارد شود—یک راهبرد بقا مرتبط با قمرهای یخی مانند اروپا یا انسلادوس. از منظر مفاهیم استفاده از منابع در محل (ISRU)، پژوهش‌های آزمایشگاهی نشان میدهند این سیانوباکتری میتواند روی ریگ شبیهسازیشده ماه و مریخ رشد کند، از آن بستر برای فتوسنتز استفاده کند و اکسیژن تولید کند. همچنین نمک‌های پرکلرات موجود در خاک مریخی را تحمل میکند و با بالا بردن بیان ژنهای تعمیر DNA و پاسخ به استرس، آسیب اکسیداتیو را کاهش میدهد.
آزمایشهای جاری و برنامه‌ریزی‌شده؛ پیامدها برای اخترزیستشناسی و اکتشاف فضایی
چندین مأموریت آینده قصد دارند Chroococcidiopsis را به‌طور عمیق‌تر بررسی کنند. CyanoTechRider تأثیر میکروگرانش بر سامانه‌های تعمیر DNA این ارگانیسم را بررسی خواهد کرد. BIOSIGN پیشنهاد میکند بررسی شود آیا Chroococcidiopsis میتواند از نور مادونقرمز دور برای فتوسنتز استفاده کند یا خیر—قابلیتی که در صورت تأیید، درک ما را از امکان وجود حیات اطراف ستارگان کوتولهٔ M که سهم بیشتری از انرژی خود را در طیف فروسرخ دارند، گسترش میدهد.
اگر Chroococcidiopsis بتواند به‌طور قابل‌اعتماد از ریگ محلی و نور در محیطهای فرازمینی اکسیژن تولید کند، نامزد جذابی برای سامانه‌های پشتیبانی زیستی و چارچوب‌های ISRU خواهد بود. حتی به‌عنوان یک ارگانیسم مدل علمی، ترکیب مقاومت در برابر تابش، تحمل سرما و پایداری نشانگرهای زیستی آن میتواند سیاست‌های حفاظت سیاره‌ای و راهبردهای شناسایی زندگی گذشته روی مریخ را آگاه سازد.
نظر کارشناس
"Chroococcidiopsis نقطه تلاقی اخترزیستشناسی پایه و زیست‌فناوری کاربردی فضایی است،" دکتر لورا چن، یک اخترزیست‌شناس فرضی با تجربه در مفاهیم ISRU، می‌گوید. "مقاومت آن به ما یک بستر آزمایشی زنده میدهد تا تعمیر DNA تحت فشارهای فضایی را مطالعه کنیم و پتانسیل عملی تولید اکسیژن از منابع محلی را بررسی کنیم. این نقش دوگانه نادر و برای طراحی مأموریت بسیار ارزشمند است." (این نظر توصیفی است و دیدگاه‌های علمی جاری را خلاصه میکند.)
نتیجه‌گیری
Chroococcidiopsis یک مدل پیشرو از افزرم‌ها برای اخترزیستشناسی و کاربردهای بالقوهٔ فضایی است. آزمایش‌ها روی ایستگاه فضایی بین‌المللی و در آزمایشگاه‌ها مکانیزم‌های پیچیدهٔ تعمیر DNA، تحمل بسیار بالا در برابر تابش و سرما، توانایی بقا روی خاک‌های ماه و مریخ و ظرفیت تولید اکسیژن از طریق فتوسنتز—حتی در ریگ‌های غنی از پرکلرات—را نشان داده‌اند. مأموریتهای آینده که تأثیر میکروگرانش و امکان فتوسنتزِ مبتنی بر مادونقرمز را بررسی میکنند، ارزیابی‌های ما از کاربردی بودن این گونه برای شناسایی حیات و طرح‌های ISRU را دقیق‌تر خواهند کرد. در مجموع، این نتایج Chroococcidiopsis را هم به‌عنوان یک ابزار علمی برای بررسی مرزهای حیات و هم به‌عنوان یک ابزار زیستی بالقوه برای اکتشاف انسانی فراتر از زمین مطرح میکنند.
منبع: sciencealert
.avif)
نظرات