Життя на Марс занесено з Землі: чи можливо це?

Вчені розглядають ймовірність випадкового занесення на Марс земних мікроорганізмів на борту дослідних зондів, які направляються туди з початку 70-х років ХХ століття. Які шанси їх виживання в космічній подорожі і адаптації до місцевих умов? 

"Телеграф" наводить повний переклад статті, яку розміщено на сайті BBC: Чи могли люди заразити Марс життям ?

З початку космічної ери людство відправило на Червону планету близько 30 космічних апаратів і посадочних пристроїв. "Тепер ми знаємо, які мікроби могли вижити під час подорожі", - каже генетик Крістофер Мейсон.

Зараз, коли ви це читаєте, одна чудова машина рухається по поверхні Марса. "Perseverance" (в перекладі з англійської "Наполегливість" - прим. ред.) - марсохід розміром з автомобіль, який благополучно приземлився на поверхні Марса 18 лютого 2021 року - може рухатися зі швидкістю менше 0,1 милі на годину (152 м / год ), але він має великий набір інструментів і приладів, і вже провів експерименти, які дозволили отримати дивовижні результати.

На борту марсохода довжиною 10 футів (3 м) знаходиться пристрій, який перетворив тонке, багате вуглекислим газом марсіанське повітря в кисень, і гелікоптер розміром з коробку з серветками, який здійснив перший в історії керований політ на іншій планеті. Вертоліт під назвою "Ingenuity" (в перекладі з англійської "Винахідливість" - прим. Ред.) виконав три успішні польоти, і кожен був довший і вищий за попередній.   

Але чи було там ще щось разом з усім цим обладнанням? Чи могли мікроскопічні бактерії або спори з Землі випадково потрапити в космос і вижити під час подорожі і потім облаштуватися на Марсі?

НАСА і її інженери з Лабораторії реактивних двигунів (ЛРД) мають точні і докладні протоколи, що дозволяють мінімізувати кількість організмів, які можуть ненавмисно подорожувати автостопом під час космічної місії. Стандарти, узгоджені на міжнародному рівні, визначають, наскільки суворими мають бути ці протоколи, і НАСА дотримується їх, а в деяких випадках навіть перевершує їх. Проте, два недавніх дослідження показують, як деякі організми можуть вижити в процесі очищення, і далі пережити політ на Марс. У звіті також говориться, як швидко різні види мікробів можуть розвиватися в космосі.

По-перше, давайте почнемо з процесу, який необхідний для створення марсохода "Perseverance", а також більшості космічних апаратів, виготовлених на збиральному підприємстві Лабораторії реактивних двигунів. Там космічні кораблі ретельно будуються шар за шаром, як цибуля, і кожен шар проходить очистку перед додаванням. Ці методи обмежують кількість бактерій, вірусів, грибків або спор на обладнанні, що відправляється в місію.

На космічних кораблях є приміщення з повітряними фільтрами і суворими процедурами біологічного контролю. Вони мають забезпечити умови, при яких на кожен квадратний фут припадали б всього кілька сотень частинок , а в ідеалі - не більше декількох десятків спор на квадратний метр. 

Але досягти нульової біомаси на космічному кораблі практично неможливо. Мікроби існують на Землі мільярди років. Вони всередині нас, на наших тілах і всюди навколо нас. Деякі можуть проникнути навіть в найчистіші приміщення.

У минулому тести на біологічне забруднення спиралися на здатність вирощувати (культивувати) життя зі зразків, узятих з обладнання. Нові методи, які використовують вчені, беруть конкретний зразок, витягають всю ДНК, а потім секвенірують його. Як випливає з цього терміну, це все одно, що піднести дробовик до клітин зразка, розбити їх на мільярди маленьких фрагментів ДНК, а потім секвенувати кожну частину. Кожен фрагмент (або "зчитуєма" послідовність) потім може бути зіставлений з відомими геномами видів, які вже присутні в базах даних послідовностей.

Чисті кімнати можуть послужити еволюційним процесом відбору найвитриваліших організмів, у яких тоді буде більше шансів вижити під час подорожі на Марс.

Оскільки тепер ми можемо секвенувати всю ДНК, яка присутня в чистих приміщеннях, а не тільки ті, які можна було б культивувати, ми отримуємо більш повне уявлення про те, які мікроби можна знайти в чистих приміщеннях і чи можуть вони взагалі вижити в космічному вакуумі.

У чистих приміщеннях Лабораторії реактивних двигунів ми виявили докази наявності мікробів, які можуть створювати проблеми під час космічних польотів. Ці організми мають збільшену кількість генів для репарації ДНК, що надає їм більшу стійкість до радіації, вони можуть утворювати біоплівки на поверхнях і обладнанні, можуть витримувати висихання і процвітати в холодних умовах. Виявляється, чисті кімнати можуть служити процесом еволюційного відбору найвитриваліших мікроорганізмів, у яких тоді може бути більше шансів вижити під час подорожі на Марс.

Ці відкриття мають значення для форми планетарного захисту, званої "пряме забруднення". Так ми можемо щось перенести (випадково або навмисно) на іншу планету. Важливо забезпечити безпеку і збереження будь-якого життя, яка може існувати де-небудь у Всесвіті, оскільки нові організми після прибуття в нову екосистему можуть завдати їй шкоди .

У людей в цьому плані погана історія на Землі. Віспа, наприклад, поширювалася на ковдрах, подарованих корінним народам Північної Америки в XIX столітті. Навіть у 2020 році нам не вдалося стримати швидке поширення вірусу, що викликає Covid-19, SARS-CoV-2.

Пряме зараження небажано і з наукової точки зору. Вчені мають бути впевнені, що будь-яке відкриття життя на іншій планеті дійсно є природним, а не хибним ототожненням з інопланетним, але вирощеним на Землі "забрудненням". Мікроби потенційно можуть дістатися до Марса автостопом навіть після передпускового очищення і впливу радіації в космосі. Їх геноми можуть настільки змінитися, що будуть виглядати воістину потойбічними. Нещодавно ми побачили, що на Міжнародній космічній станції з'явилися нові мікроби. Хоча інженери НАСА докладають всіх зусиль, щоб уникнути появи таких видів в марсіанському ґрунті або повітрі, будь-які ознаки життя на Марсі повинні бути ретельно вивчені, щоб переконатися, що вона не зародилася тут, на Землі. Невиконання цього може потенційно викликати помилкові дослідження універсальних особливостей життя взагалі або конкретно марсіанського життя.

Мікроби, що переносяться в космос, також можуть бути безпосередньою проблемою для космонавтів, представляючи ризик для їх здоров'я і, можливо, навіть викликати збої в роботі обладнання життєзабезпечення, якщо раптом воно буде наповнене колоніями мікроорганізмів.

Але планетарний захист має два напрямки. Інший компонент планетарного захисту - запобігання "зворотного зараження", коли щось, повернене на Землю, являє потенційну небезпеку для життя на нашій планеті, в тому числі для людей. Це тема багатьох науково-фантастичних фільмів, де якийсь вигаданий мікроб загрожує всьому живому на Землі. Але коли 2028 року до Марса буде запущена місія НАСА і Європейського космічного агентства (ЄКА), це може стати цілком реальним - якщо все піде відповідно до поточних планів, місія по поверненню зразків з Марса поверне на Землю перші марсіанські зразки в 2032 році.

Минулі дослідження показали, що зразки з Марса навряд чи будуть містити активне, небезпечне біологічне середовище - а "Perseverance" шукає будь-які ознаки, які могли бути залишені древнім мікробним життям на планеті. Але НАСА та ЄКА заявляють, що приймають додаткові запобіжні заходи, щоб гарантувати, що всі зразки, повернуті з Марса, будуть безпечно міститися в багатошаровій системі ізоляції.

Однак є шанс, що, якщо ми виявимо ознаки життя на Марсі, то може виявитися, що воно бере свій початок з Землі. З тих пір, як перші два радянських зонда приземлилися на поверхню Марса в 1971 році, а потім американський спускний апарат "Вікінг-1" в 1976 році, на Червоній планеті, ймовірно, з'явилися деякі фрагменти мікробної і, можливо, людської ДНК. З огляду на все вищесказане, ми повинні бути впевнені, що в разі знаходження життя, ми зможемо зрозуміти, де її витоки.

Але навіть якщо "Perseverance" - або попередні місії - випадково перенесли організми або ДНК з Землі на Марс, у нас є способи відрізнити їх від будь-якого життя, яке дійсно має марсіанське походження. У послідовності ДНК буде прихована інформація про її походження. Поточний проект під назвою "Metasub" (метагеноміка метро і міських біомів) секвенірують ДНК, виявлену в більш ніж 100 містах світу. Дослідники з нашої лабораторії, команди "Metasub" і група в Швейцарії нещодавно опублікували ці та інші глобальні метагеномного дані, щоб створити "планетарний генетичний індекс" всієї секвенованої ДНК, яка коли-небудь спостерігалася.

Порівнюючи будь-яку ДНК, виявлену на Марсі, з послідовностями, що спостерігаються в чистих кімнатах Лабораторії реактивних двигунів, в метро, клінічних зразках, стічних водах або на поверхні марсохода "Perseverance" до того, як він покинув Землю, можна буде побачити, чи дійсно вони нові .

Навіть якщо в результаті нашого дослідження Сонячної системи мікроби випадково потрапили на інші планети, цілком ймовірно, що вони не будуть такими, якими вони були, коли покинули Землю. Випробування космічними подорожами і незвичайними умовами, з якими вони стикаються, залишать свій слід і змусять їх еволюціонувати. Якщо організм з Землі адаптувався до космосу або Марсу, наявні в нашому розпорядженні генетичні інструменти можуть допомогти нам з'ясувати, як і чому змінилися мікроби. 

Дійсно, новий дивний вид, недавно виявлений на МКС вченими з ЛРД (Лабораторії реактивних двигунів), включав в себе деякі з адаптацій, аналогічних тим, які були виявлені в чистих приміщеннях (включаючи стійкість до високих рівнів радіації). Оскільки все більше і більше екстремальної біології каталогізується в програмі під назвою "Extreme Microbiome Project" (Проект екстремального мікробіома), існує також можливість використовувати інструменти з їх еволюційного набору для майбутньої роботи тут, на Землі. Ми можемо використовувати їх пристосування для пошуку нових сонцезахисних кремів, наприклад, або нових ферментів репарації ДНК, які можуть захистити від шкідливих мутацій, що ведуть до раку, або допомогти в розробці нових ліків.

Зрештою, люди ступлять на Марс, несучи з собою коктейль з мікробів, які живуть на нас і всередині наших тіл. Ці мікроби, ймовірно, теж будуть адаптуватися, видозмінюватися і змінюватися. І ми теж можемо у них повчитися. Вони можуть навіть зробити життя на Марсі більш терпимим для тих, хто туди відправиться, оскільки унікальні геноми, що адаптуються до марсіанського середовища, можна секвенувати, передати назад на Землю для подальшого вивчення їх характеристик, а потім використовувати для лікування і досліджень на обох планетах.

З огляду на всі заплановані марсіанські місії, ми знаходимося на порозі нової ери міжпланетної біології, де ми дізнаємося про адаптації організму на одній планеті і застосуємо їх до іншої. Уроки еволюції і генетичної адаптації вписані в ДНК кожного організму, і марсіанське середовище не буде винятком. Марс надасть свій новий вплив на відбір організмів, який ми побачимо, коли будемо їх упорядковувати, відкриваючи абсолютно новий каталог еволюційної літератури. 

Це не просто допитливість, а скоріше борг нашого виду щодо захисту та збереження всіх інших видів. Тільки люди розуміють вимирання, і, таким чином, тільки люди можуть запобігти йому, що може бути застосовано як сьогодні, так і через мільярди років, коли океани Землі почнуть кипіти, а планета стане занадто гарячою для життя. Коли ми почнемо рухатися до інших зірок, неминуче станеться деяка передача біології людини і мікробів, але в цьому випадку у нас не буде вибору. Зрештою, більш обережним і відповідальним є поступальне зараження - єдиний спосіб зберегти життя, і це крок, який ми повинні зробити в наступні 500 років.

* Крістофер Мейсон - професор геноміки, фізіології і біофізики в Корнельському медичному університеті. Він досліджує молекулярні і генетичні ефекти тривалого польоту людини в космос для НАСА та інших астронавтів, а також розробляє нові типи клітин для лікування раку і є автором нової книги, опублікованої MIT Press - The Next 500 Years: Engineering Life to Reach New Worlds (Наступні 500 років: проектування життя для досягнення нових світів).