С 1970-х годов, когда мореплаватель Исследователи заподозрили изображения ледяной поверхности Европы, что жизнь может существовать во внутренних океанах лун во внешней Солнечной системе. С тех пор появилось другое свидетельство, которое укрепило эту теорию, начиная от ледяных плюмов на Европе и Энцеладе, внутренних моделей гидротермальной активности и даже до принципиально нового открытия сложных органических молекул в перьях Энцелада.
Однако в некоторых местах внешней солнечной системы условия очень холодные, и вода может существовать только в жидкой форме из-за присутствия токсичных антифризов. Однако, согласно новому исследованию международной группы исследователей, вполне возможно, что бактерии могут выжить в этих соленых средах. Это хорошая новость для тех, кто надеется найти доказательства жизни в экстремальных условиях Солнечной системы.
Недавно в научном журнале появилось исследование, в котором подробно изложены их результаты под названием «Повышенная выживаемость микроорганизмов при минусовых рассолах». Астробиологии. Исследование было проведено Якобом Хайнцем из Центра астрономии и астрофизики при Техническом университете Берлина (TUB) и включало членов из Университета Тафтса, Имперского колледжа Лондона и Университета штата Вашингтон.
По существу, на таких телах, как Церера, Каллисто, Тритон и Плутон, которые находятся далеко от Солнца или не имеют внутренних механизмов нагрева, считается, что внутренние океаны существуют из-за присутствия определенных химических веществ и солей (таких как аммиак). Эти «антифризные» соединения гарантируют, что их океаны имеют более низкие точки замерзания, но создают среду, которая была бы слишком холодной и токсичной для жизни, как мы ее знаем.
Ради своего исследования команда пыталась определить, могут ли микробы действительно выжить в этих условиях, проводя испытания с Planococcus halocryophilus, бактерия найдена в арктической вечной мерзлоте. Затем они подвергли эти бактерии растворам хлорида натрия, магния и кальция, а также перхлорату, химическому соединению, которое было найдено посадочным аппаратом Феникс на Марсе.
Затем они подвергали растворы воздействию температур от + 25 ° С до -30 ° С в течение нескольких циклов замораживания и оттаивания. Они обнаружили, что выживаемость бактерий зависит от раствора и температуры. Например, бактерии, взвешенные в образцах, содержащих хлорид (солевой раствор), имели более высокие шансы на выживание по сравнению с бактериями, содержащимися в образцах, содержащих перхлорат, - хотя показатели выживаемости увеличивались по мере снижения температуры.
Например, команда обнаружила, что бактерии в растворе хлорида натрия (NaCl) погибали в течение двух недель при комнатной температуре. Но когда температура снизилась до 4 ° C (39 ° F), выживаемость начала увеличиваться, и почти все бактерии выжили к тому времени, когда температура достигла -15 ° C (5 ° F). Между тем бактерии в растворах магния и хлорида кальция имели высокую выживаемость при –30 ° C (-22 ° F).
Результаты также варьировали для трех солевых растворителей в зависимости от температуры. Бактерии в хлориде кальция (CaCl2) имели значительно более низкие показатели выживаемости, чем в хлориде натрия (NaCl) и хлориде магния (MgCl2) между 4 и 25 ° C (39 и 77 ° F), но более низкие температуры способствовали выживанию во всех трех. Показатели выживаемости в растворе перхлората были намного ниже, чем в других растворах.
Однако это обычно происходило в растворах, где перхлорат составлял 50% массы всего раствора (что было необходимо для того, чтобы вода оставалась жидкой при более низких температурах), что было бы значительно токсично. При концентрации 10% бактерии все еще способны расти. Это хорошая новость для Марса, где почва содержит менее одного массового процента перхлората.
Однако Хайнц также отметил, что концентрации соли в почве отличаются от концентраций в растворе. Тем не менее, это может быть хорошей новостью в том, что касается Марса, поскольку температуры и уровни осадков там очень похожи на части Земли - пустыню Атакама и части Антарктиды. Тот факт, что бактерии могут выживать в таких средах на Земле, указывает на то, что они могут выжить и на Марсе.
В целом, исследования показали, что более низкие температуры повышают выживаемость микроорганизмов, но это зависит от типа микроба и состава химического раствора. Как сказал Хайнц в журнале Astrobiology Magazine:
«Все реакции, включая те, которые убивают клетки, медленнее при более низких температурах, но выживаемость бактерий не сильно повышалась при более низких температурах в растворе перхлората, тогда как более низкие температуры в растворах хлорида кальция приводили к заметному увеличению выживаемости ».
Команда также обнаружила, что бактерии лучше справляются с более солеными растворами, когда речь идет о циклах замораживания и оттаивания. В конце концов, результаты показывают, что живучесть сводится к тщательному балансу. В то время как более низкие концентрации химических солей означают, что бактерии могут выживать и даже расти, температуры, при которых вода будет оставаться в жидком состоянии, будут снижены. Это также указало, что соленые растворы улучшают выживаемость бактерий, когда речь идет о циклах замораживания и оттаивания.
Конечно, команда подчеркнула, что если бактерии могут существовать в определенных условиях, это не значит, что они будут там процветать. Тереза Фишер, аспирантка Школы исследования Земли и космоса при Университете штата Аризона и соавтор исследования, объяснила:
«Выживание по сравнению с ростом - это действительно важное различие, но жизнь все же удается удивить нас. Некоторые бактерии могут не только выживать при низких температурах, но и требовать от них метаболизма и процветания. Мы должны стараться быть беспристрастными, полагая, что организму нужно процветать, а не просто выживать ».
Таким образом, Хайнц и его коллеги в настоящее время работают над другим исследованием, чтобы определить, как различные концентрации солей при разных температурах влияют на размножение бактерий. В то же время, это исследование и другие подобные ему способны дать уникальное представление о возможностях внеземной жизни, накладывая ограничения на виды условий, в которых они могут выжить и расти.
Эти исследования также позволяют получить помощь, когда дело доходит до поиска внеземной жизни, поскольку знание того, где жизнь может существовать, позволяет нам сосредоточить наши усилия по поиску. В ближайшие годы миссии в Европе, Энцеладе, Титане и других местах в Солнечной системе будут искать биосигнатуры, которые указывают на присутствие жизни в этих телах или внутри них. Знание того, что жизнь может выжить в холодной, соленой окружающей среде, открывает дополнительные возможности.
