Az emberiség fantáziáját régóta foglalkoztatja, hogy van-e esély a földön kívüli életre. Noha konkrét bizonyíték még nincs a tudósok kezében, most összeszedjük azokat a mikroorganizmusokat (a róluk íródott tanulmányok alapján), amelyek képesek lehetnek megküzdeni az űrben lévő mostoha körülményekkel.
Mi az az extremofil?
Azokat az organizmusokat nevezzük így, amelyek képesek boldogulni extrém körülmények között. Amennyiben több extrém körülménynek képesek ellenállni, poli-extremofil névre hallgatnak [1]. A tudósok képesek levonni a következtetést, hogy egy bolygó lakható-e vagy sem, attól függően, hogy milyenek a környezeti körülmények. Fontos hangsúlyozni, hogy ha egy terület lakható, ez nem feltétlenül jelenti azt, hogy valóban van is ott élet.
Cikkünkben a sugárzásra, a gyors és nagy mértékű hőmérséklet-ingadozásra, a kiszáradásra és a sótartalomra fókuszálunk előfordulható extrém körülményként. Említhetjük még a nyomást (tekintve, hogy az űrben mikrogravitáció van) és a nehézfémek jelenlétét is. Az extremofilokat vizsgáló számos kutatás kimutatta, hogy bizonyos élőlények képesek több olyan veszélyes és durva körülményt túlélni, amelyeket korábban halálosnak véltek. Így felmerül a kérdés, hogy találhatunk-e hasonló körülményeket földön kívüli testeken, ahol a földről származó extremofilok képesek túlélni? Illetve lehetséges-e az, hogy földön kívüli területekről származó életre bukkanunk?
Kapcsolódó bejegyzések
Asztrobiológia – A földön kívüli élet tudománya
Van vagy volt élet a Földön kívül? – a tudomány reális kérdése. Komoly verseny folyik a Földön kívüli élet megismeréséért.
Mi kell az élethez?
Az élethez három dologra van szükség: energiaforrásra, amely meghajtja az anyagcsere-folyamatokat (például a bolygó keringjen egy csillag körül, amely képes energiát szolgáltatni); folyékony oldószerre, mint a víz; valamint tápanyagokra [2]. De ha ezek a feltételek adottak is, még akkor is lehetséges, hogy más durva környezeti körülmények, mint a hőmérséklet, a nyomás, a sugárzás, a pH, a sótartalom ellehetetlenítik az élet lehetőségét [3].
Hogyan tanulmányozható a földön kívüli élet?
A legevidensebb válasz erre a kérdésre az, hogy induljunk el az űrben, aztán keressünk! Természetesen ez is meg szokott történni, de ez a legdrágább és legbonyolultabb módszer arra, hogy földön kívüli élet után kutassanak. Egy másik lehetőség az, hogy a Földön keresnek olyan területeket, ahol a fent említett durva, az élet határait feszegető körülmények előfordulnak, és az itt élő mikroorganizmusokat tanulmányozzák. Ilyenek lehetnek például a tengerek alján rejlő hidrotermális kürtők, a melegvíz-források, az iszapvulkánok, a sarki jég, a sivatagok vagy a sós tavak. Ez az opció nem tökéletes, tekintve, hogy a Föld légköre sok káros hatástól védi az itt létező élőlényeket. A harmadik opció az, hogy laborban a kutatott feltételeknek megfelelő környezetet teremtenek, és így vizsgálják a mikroorganizmusokat. Ennek köszönhetően megvizsgálható, hogy történik-e valamilyen változás az adott mintában anélkül, hogy kilőnénk az űrbe. Erre a módszerre is szükség van, mert bizonyos mostoha körülmények, mint például az erős sugárzás, a súlytalanság vagy a különböző légkörök nem találhatók meg a Földön, így ezeket mesterségesen kell szimulálni.
Sugárzás
A sugárzás az egyik fő akadálya annak, hogy a földi atmoszférán túl élet alakulhasson ki [4]. Az erős sugárzás a biológiai polimerek kötéseinek felszakadását okozhatja, és károsíthatja a sejtek létfontosságú funkcióit [5], [6], [7]. A Föld mágneses mezeje és légköre véd minket a nagyon erős sugárzástól, míg más bolygókon, például a Marson vékonyabb a légkör, így a nagyobb mennyiségű sugárzás keményebb életfeltételeket biztosít [8].
Ha a DNS károsodik, a sejtválasz háromféle lehet: a genomot teljesen kijavítani; tovább élni károsodott, valószínűleg rákos genommal; illetve a sejtpusztulás. Nagy sugárzású környezetben utóbbi a legvalószínűbb [6], [7], [9].
Deinococcus Radiodurans, az ellenálló baktérium
A szóban forgó baktérium olyan extremofil, amelynek a sugárzással szemben extrém magas a toleranciája [10]. A Deinococcus Radiodurans sejt aggregátumait 2015 és 2018 között a Tanpoponak nevezett űrkutatási kísérlet során egy évre alacsony Föld körüli pályára küldték. Megfigyelték, hogy egy pár milliméter vastag aggregátum képes volt ellenállni a sugárzásnak, a baktériumok alkalmazkodtak, és életképesek voltak [4], [11]. A tény, hogy a mikroorganizmus képes túlélni, azzal kecsegtet, hogy más bolygókon, például a Marson is túlélhet, ahol a várt sugárzási szint hasonló a Föld körüli alacsony pályán mérthez. De ez csak a lehetőségek egyike, hiszen sok más környezeti körülményt is figyelembe kell venni.
Kiszáradás
A fent említett Deinococcus Radiodurans a Tanpopo küldetés során nemcsak a sugárzásnak, hanem a nagy hőmérséklet-ingadozásnak, a mikrogravitációnak, a vákuumnak és a kiszáradásnak is ellenállt [4]. A kiszáradás az anyagcsere-aktivitás csökkenéséhez vezet, és kimutatták, hogy a sugárzáshoz hasonlóan a DNS-szálak töredezését eredményezi [4], [12].
A folyékony víz nemcsak egy terület lakhatóságának a feltétele, hanem a legtöbb anyagcsere-folyamatban reaktánsként, illetve termékként is nagyon fontos [13]. Számos organizmus ismert, amely képes vízmentes vagy szinte teljesen vízmentes körülmények között élni.
Cianobaktériumok
A cianobaktériumok bizonyos törzsei különösen jól tűrik a kiszáradást, és évekig vagy évtizedekig képesek víz nélkül túlélni [14]. Így megkérdőjelezhetővé válik, hogy az élethez valóban szükség van-e mindenáron folyékony vízre [15]. Nekünk, embereknek természetesen igen, de ez nem jelenti azt, hogy más élőlények ne tudnának víz nélkül boldogulni. Megfigyelték, hogy a cianobaktériumok biofilmeken és összetett mikrobiális környezetben képesek boldogulni szárazabb környezetben is, mint például az Atacama-sivatag [16].
Hőmérséklet
Mind a magas, mind az alacsony hőmérséklet komoly kihívást jelenthet, de így is találtak extremofilokat, amelyek ellenállnak az extrém hőmérsékletnek. De miért is probléma a nagyon magas vagy a nagyon alacsony hőmérséklet?
100 °C felett a fehérjék és a nukleinsavak denaturálódnak (gondoljunk csak a tükörtojássütésre). Ez visszafordíthatatlan folyamat, mely során megváltozik a fehérje térszerkezete, és az anyag elveszíti biokémiai hatását.
75 °C felett a klorofill degradálódik. Ez az anyag a növényi sejtek zöld festékanyaga, amely elnyeli a napsugárzás energiáját, és közvetíti a sejtben végbemenő biokémiai folyamatokat.
0 °C alatt a víz megfagy, és ennek köszönhetően nem áll rendelkezésre többé folyékony oldószer, amelyben lejátszódhatnának kulcsfontosságú kémiai reakciók, vagy feloldódhatnának más anyagok. Más szóval az oldatkémia leáll.
A legtöbb mikroorganizmus és sejtvonal sikeresen tartósítható -196 °C-on, de ilyen alacsony hőmérsékleten már nem észlelhetünk aktivitást. A hideg hőmérsékletre adott sejtválaszok közé tartozik, hogy a sejtmembránban megnövekszik a telített és telítetlen zsírsavak aránya, hogy segítsenek megelőzni a sejt megfagyását. Ha jég képződik, akkor felolvasztással próbálják a sejtek megelőzni a jég általi károkat [17]. A jég térfogata 8%-kal nagyobb, mint ugyanakkora mennyiségű folyékony vízé, így a megnövekedett térfogat szétszaggathatja a sejteket.
Attól függően, hogy milyen közel vagy éppen távol vagyunk egy égő csillagtól (a mi Naprendszerünkben a Naptól), nagyon változó lehet a hőmérséklet, a nagyon forrótól az extrém hidegig [18].
Kapcsolódó bejegyzések
A NASA megtalálta a legkellemesebb helyet a Holdon
Miközben a globális klímaválság világszerte rekordhőmérsékleteket eredményez, az univerzumban van egy hely, ahol jelenleg is kellemes hőmérséklet uralkodik – a Hold felszínén található mélyedések.
Laboratóriumi szimuláció
2015-ben végeztek egy kísérletet, amely során négy különböző mikroorganizmust vizsgáltak -196 °C és 85 °C között öt napon keresztül (ezek a következők voltak: a Sulfolobus solfataricus, a Thermotoga neapolitana, a Haloterrigena hispanica törzstípus FP1T és a Geobacillus thermantarcticus). Mind a négy kiválasztott mikroorganizmus képes volt növekedni az extrém körülmények között, noha ezek távol estek a számukra optimálistól.
Sótartalom
A szinte teljesen desztillált víztől a telített sóoldatokig találunk organizmusokat, amelyek képesek megélni a különböző körülmények között [19]. Mind a víztevékenységet, mind a kiszáradást befolyásolja az ionösszetétel [20]. Annak érdekében, hogy a magas sótartalmú (50g/liter) területeken is túléljenek ezek az extremofilek, el kell érjék a megfelelő ozmózisegyensúlyt, (különben a sejt vagy szétpattan, vagy összezsugorodik), így vagy a citoplazmájukban halmozzák fel a káliumionokat, vagy olyan szerves anyagokat szintetizálnak, amelyek kiegyenlítik ezt a nyomást [20]. Megfigyelték, hogy a mikroorganizmus mérete változhat, amennyiben a sótartalom koncentrációja módosul.
Bolygómező-analóg
Mint említettük, a laboratóriumi kísérletek és a konkrét űrkutatások mellett az extremofilek a Földön is tanulmányozhatók, ahol más bolygókhoz hasonló mostoha körülmények találhatók. Noha ez a tanulmányozás csak egy megközelítés, de segíthet abban, hogy megértsük a mikroorganizmusok működését.
Spanyolországban a sóban gazdag Tirez és Peña Hueca tavak sótartalma hasonlít a Mars talajára, illetve az Europa hold (a Jupiter egyik holdja) óceánjára. Itt találták meg a magas sótartalomnak ellenálló Halomonas gomseomensis PLR-1 baktériumot. Ebből az eredményből következtethetünk arra, hogy a mikroorganizmus másféle, hasonlóan sós környezetben is túl tudna élni, mint például a Mars talaja vagy az Europa óceánja [21].
Következtetések
A tudósok máig vitatkoznak azon, hogy valóban lehetséges-e a földön kívüli élet. Máig nem bizonyították, hogy valaha létezett élet a Marson vagy más bolygókon, illetve holdakon, a Naprendszerünkben. De tekintve, hogy az asztrobiológia egy friss tudományág, és nagyon változó körülmények léteznek az űrben – amelyek az egyik organizmus számára halálosak lehetnek, a másik számára éltetőek (ilyen például az oxigén is) –, nem kizárható, hogy életre bukkannak, illetve az sem, hogy a Földön tanulmányozott mikroorganizmusok tényleg életben maradnának, és fejlődőképesek lennének az űrben.
Társszerzők: Inga Folkedal, Lill Skovholt Wahlum és Linnéa Hulting
[1] https://www.mdpi.com/2075-1729/3/3/482
[2] https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2017.1729
[3] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0966842X13000206?via%3Dihub
[4] https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00927-5
[5] https://www.faa.gov/data_research/research/med_humanfacs/oamtechreports/2020s/media/202108.pdf
[6] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24382094/
[7] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576598001866
[8] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780323546966000471?via%3Dihub
[9] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360301600015248?via%3Dihub
[10] https://journals.asm.org/doi/10.1128/MMBR.65.1.44-79.2001
[11] https://link.springer.com/article/10.1007/s11084-013-9346-1
[12] https://www.nature.com/articles/nrmicro1264
[13] Franks, F. (1985) Biophysics and Biochemistry at Low Temperatures, Cambridge Univ. Press, Cambridge
[14] https://journals.asm.org/doi/10.1128/mr.58.4.755-805.1994
[15] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.00950/full
[16] https://www.mdpi.com/2075-1729/5/2/1218
[17] Rothschild, L., & Lister, A. (Eds.). (2003). Evolution on planet Earth: impact of the physical environment. Elsevier.
[19] Rothschild, L. J., & Mancinelli, R., L. (2001) Life in extreme environments. Nature volume 409, pages 1092–1101.
[20] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.00780/full
[21] https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2018/EPSC2018-1180.pdf
