Жизнь на Марс занесена с Земли: возможно ли это?

Ученые рассматривают вероятность случайного занесения на Марс земных микроорганизмов на борту исследовательских зондов, направляемых туда с начала 70-х годов ХХ века. Каковы шансы их выживания в космическом путешествии и адаптации к местным условиям? 

"Телеграф" приводит полный перевод статьи, размещенной на сайте BBC: Могли ли люди заразить Марс жизнью?

С начала космической эры человечество отправило на Красную планету около 30 космических аппаратов и посадочных устройств. "Теперь мы знаем, какие микробы могли выжить во время путешествия", - говорит генетик Кристофер Мейсон.

Сейчас, когда вы это читаете, одна замечательная машина движется по поверхности Марса. "Perseverance" (в переводе с английского "Настойчивость" - прим. ред.) - марсоход размером с автомобиль, который благополучно приземлился на поверхности Марса 18 февраля 2021 года - может двигаться со скоростью менее 0,1 мили в час (152 м/ч), но он имеет большой набор инструментов и приборов, и уже провел эксперименты, которые позволили получить изумительные результаты.

На борту марсохода длиной 10 футов (3 м) находится устройство, которое превратило тонкий, богатый углекислым газом марсианский воздух в кислород, и вертолет размером с коробку с салфетками, который совершил первый в истории управляемый полет на другой планете. Вертолет под названием "Ingenuity" (в переводе с английского "Изобретательность" - прим. ред.)  совершил три успешных полета, и каждый был длиннее и выше, чем предыдущий.   

Но было ли там еще что-нибудь вместе со всем этим оборудованием? Могли ли микроскопические бактерии или споры с Земли случайно попасть в космос и выжить во время путешествия и затем обосноваться на Марсе?

НАСА и его инженеры из Лаборатории реактивных двигателей (ЛРД) имеют точные и подробные протоколы, позволяющие минимизировать количество организмов, которые могут непреднамеренно путешествовать автостопом во время космической миссии. Стандарты, согласованные на международном уровне, определяют, насколько строгими должны быть эти протоколы, и НАСА придерживается их, а в некоторых случаях даже превосходит их. Тем не менее, два недавних исследования показывают, как некоторые организмы могут выжить в процессе очистки, и далее пережить полет на Марс. В отчете также говорится, как быстро разные виды микробов могут развиваться в космосе.

Во-первых, давайте начнем с процесса, который необходим для создания марсохода "Perseverance", а также большинства космических аппаратов, изготовленных на сборочном предприятии Лаборатории реактивных двигателей. Там космические корабли кропотливо строятся слой за слоем, как лук, и каждый слой проходит очистку перед добавлением. Эти методы ограничивают количество бактерий, вирусов, грибков или спор на оборудовании, отправляемом в миссию.

На космических кораблях имеются помещения с воздушными фильтрами и строгими процедурами биологического контроля. Они должны обеспечить условия, при которых на каждый квадратный фут приходились бы всего несколько сотен частиц, а в идеале - не более нескольких десятков спор на квадратный метр. 

Но достичь нулевой биомассы на космическом корабле практически невозможно. Микробы существуют на Земле миллиарды лет. Они внутри нас, на наших телах и повсюду вокруг нас. Некоторые могут проникнуть даже в самые чистые помещения.

В прошлом тесты на биологическое загрязнение опирались на способность выращивать (культивировать) жизнь из образцов, взятых с оборудования. Новые методы, используемые учеными, берут конкретный образец, извлекают всю ДНК, а затем секвенируют его. Как следует из этого термина, это все равно, что поднести дробовик к клеткам образца, разбить их на миллиарды маленьких фрагментов ДНК, а затем секвенировать каждую часть. Каждый фрагмент (или "считываемая" последовательность) затем может быть сопоставлен с известными геномами видов, которые уже присутствуют в базах данных последовательностей.

Чистые комнаты могут послужить эволюционным процессом отбора самых выносливых организмов, у которых тогда будет больше шансов выжить во время путешествия на Марс.

Поскольку теперь мы можем секвенировать всю ДНК, которая присутствует в чистых помещениях, а не только те, которые можно было бы культивировать, мы получаем более полное представление о том, какие микробы можно найти в чистых помещениях и могут ли они вообще выжить в космическом вакууме.

В чистых помещениях Лаборатории реактивных двигателей мы обнаружили доказательства наличия микробов, которые могут создавать проблемы во время космических полетов. Эти организмы имеют увеличенное количество генов для репарации ДНК, что придает им большую устойчивость к радиации, они могут образовывать биопленки на поверхностях и оборудовании, могут выдерживать высыхание и процветать в холодных условиях. Оказывается, чистые комнаты могут служить процессом эволюционного отбора самых выносливых микроорганизмов, у которых тогда может быть больше шансов выжить во время путешествия на Марс.

Эти открытия имеют значение для формы планетарной защиты, называемой "прямое загрязнение". Так мы можем что-то перенести (случайно или намеренно) на другую планету. Важно обеспечить безопасность и сохранение любой жизни, которая может существовать где-либо во Вселенной, поскольку новые организмы после прибытия в новую экосистему могут нанести ей ущерб.

У людей в этом плане плохая история на Земле. Оспа, например, распространялась на одеялах, подаренных коренным народам Северной Америки в XIX веке. Даже в 2020 году нам не удалось сдержать быстрое распространение вируса, вызывающего Covid-19, SARS-CoV-2.

Прямое заражение нежелательно и с научной точки зрения. Ученые должны быть уверены, что любое открытие жизни на другой планете действительно является естественным, а не ложным отождествлением с инопланетным, но выращенным на Земле "загрязнением". Микробы потенциально могут добраться до Марса автостопом даже после предпусковой очистки и воздействия радиации в космосе. Их геномы могут настолько измениться, что будут выглядеть поистине потусторонними. Недавно мы увидели, что на Международной космической станции появились новые микробы. Хотя инженеры НАСА прилагают все усилия, чтобы избежать появления таких видов в марсианской почве или воздухе, любые признаки жизни на Марсе должны быть тщательно изучены, чтобы убедиться, что она не зародилась здесь, на Земле. Невыполнение этого может потенциально вызвать ошибочные исследования универсальных особенностей жизни вообще или конкретно марсианской жизни.

Микробы, переносимые в космос, также могут быть непосредственной проблемой для космонавтов, представляя риск для их здоровья и, возможно, даже вызывать сбои в работе оборудования жизнеобеспечения, если вдруг оно будет наполнено колониями микроорганизмов.

Но планетарная защита является двунаправленной. Другой компонент планетарной защиты - предотвращение "обратного заражения", когда что-то, возвращенное на Землю, представляет потенциальную опасность для жизни на нашей планете, в том числе для людей. Это тема многих научно-фантастических фильмов, где какой-то вымышленный микроб угрожает всему живому на Земле. Но когда в 2028 году к Марсу будет запущена миссия НАСА и Европейского космического агентства (ЕКА), это может стать вполне реальным - если все пойдет в соответствии с текущими планами, миссия по возврату образцов с Марса вернет на Землю первые марсианские образцы в 2032 году.

Прошлые исследования показали, что образцы с Марса вряд ли будут содержать активную, опасную биологическую среду - а "Perseverance" ищет любые признаки, которые могли быть оставлены древней микробной жизнью на планете. Но НАСА и ЕКА заявляют, что принимают дополнительные меры предосторожности, чтобы гарантировать, что все образцы, возвращенные с Марса, будут безопасно содержаться в многослойной системе изоляции.

Однако есть шанс, что, если мы обнаружим признаки жизни на Марсе, то может оказаться, что она берет свое начало с Земли. С тех пор, как первые два советских зонда приземлились на поверхность Марса в 1971 году, а затем американский спускаемый аппарат "Викинг-1" в 1976 году, на Красной планете, вероятно, появились некоторые фрагменты микробной и, возможно, человеческой ДНК. Учитывая все вышесказанное, мы должны быть уверены, что в случае нахождения жизни, мы сможем понять, где ее истоки.

Но даже если "Perseverance" - или предшествовавшие ей миссии - случайно перенесли организмы или ДНК с Земли на Марс, у нас есть способы отличить ее от любой жизни, которая действительно имеет марсианское происхождение. В последовательности ДНК будет скрыта информация о ее происхождении. Текущий проект под названием "Metasub" (метагеномика метро и городских биомов) секвенирует ДНК, обнаруженную в более чем 100 городах мира. Исследователи из нашей лаборатории, команды "Metasub" и группа в Швейцарии только что опубликовали эти и другие глобальные метагеномные данные, чтобы создать "планетарный генетический индекс" всей секвенированной ДНК, которая когда-либо наблюдалась.

Сравнивая любую ДНК, обнаруженную на Марсе, с последовательностями, наблюдаемыми в чистых комнатах Лаборатории реактивных двигателей, в метро, клинических образцах, сточных водах или на поверхности марсохода "Perseverance" до того, как он покинул Землю, можно будет увидеть, действительно ли они новые.

Даже если в результате нашего исследования Солнечной системы микробы случайно попали на другие планеты, вполне вероятно, что они не будут такими, какими они были, когда покинули Землю. Испытания космическими путешествиями и необычными условиями, с которыми они сталкиваются, оставят свой след и заставят их эволюционировать. Если организм с Земли адаптировался к космосу или Марсу, имеющиеся в нашем распоряжении генетические инструменты могут помочь нам выяснить, как и почему изменились микробы. 

Действительно, новый странный вид, недавно обнаруженный на МКС учеными из ЛРД (Лаборатории реактивных двигателей), включал в себя некоторые из адаптаций, аналогичных тем, которые были обнаружены в чистых помещениях (включая устойчивость к высоким уровням радиации). Поскольку все больше и больше экстремальной биологии каталогизируется в программе под названием "Extreme Microbiome Project" (Проект экстремального микробиома), существует также возможность использовать инструменты из их эволюционного набора для будущей работы здесь, на Земле. Мы можем использовать их приспособления для поиска новых солнцезащитных кремов, например, или новых ферментов репарации ДНК, которые могут защитить от вредных мутаций, ведущих к раку, или помочь в разработке новых лекарств.

В конце концов, люди ступят на Марс, неся с собой коктейль из микробов, которые живут на нас и внутри наших тел. Эти микробы, вероятно, тоже будут адаптироваться, видоизменяться и изменяться. И мы тоже можем у них поучиться. Они могут даже сделать жизнь на Марсе более терпимой для тех, кто туда отправится, поскольку уникальные геномы, адаптирующиеся к марсианской среде, можно секвенировать, передать обратно на Землю для дальнейшего изучения их характеристик, а затем использовать для лечения и исследований на обеих планетах.

Учитывая все запланированные марсианские миссии, мы находимся на пороге новой эры межпланетной биологии, где мы узнаем об адаптациях организма на одной планете и применим их к другой. Уроки эволюции и генетической адаптации вписаны в ДНК каждого организма, и марсианская среда не будет исключением. Марс окажет свое новое влияние на отбор организмов, которое мы увидим, когда будем их упорядочивать, открывая совершенно новый каталог эволюционной литературы. 

Это не просто праздное любопытство, а скорее долг нашего вида по защите и сохранению всех других видов. Только люди понимают вымирание, и, таким образом, только люди могут предотвратить его, что применимо как сегодня, так и через миллиарды лет, когда океаны Земли начнут кипеть, а планета станет слишком горячей для жизни. Когда мы начнем двигаться к другим звездам, неизбежно произойдет некоторая передача биологии человека и микробов, но в этом случае у нас не будет выбора. В конце концов, более осторожным и ответственным является поступательное заражение - единственный способ сохранить жизнь, и это шаг, который мы должны сделать в следующие 500 лет.

* Кристофер Мейсон - профессор геномики, физиологии и биофизики в Корнельском медицинском университете. Он исследует молекулярные и генетические эффекты длительного полета человека в космос для НАСА и других астронавтов, а также разрабатывает новые типы клеток для лечения рака и является автором новой книги, опубликованной MIT Press - The Next 500 Years: Engineering Life to Reach New Worlds (Последующие 500 лет: проектирование жизни для достижения новых миров).