Robotické rameno na Mezinárodní vesmírné stanici v roce 2015 upevnilo na zábradlí ve výšce 250 mil nad Zemí krabičku s vystavenými mikroby. Vydatné bakterie neměly žádnou ochranu před náporem kosmického ultrafialového, gama a rentgenového záření. Na Zemi vědce zajímalo, zda by mikrobi mohli v těchto podmínkách přežít až tři roky, což byla délka experimentu, a pokud ano, co by výsledky mohly vědcům napovědět o schopnosti života cestovat mezi planetami.
Mikrobiologové strávili desítky let studiem extrémofilů, organismů, které snášejí extrémní podmínky, aby přitáhli pozornost k záhadným nitkám toho, jak na Zemi rozkvetl život. Někteří extremofilové mohou žít bez ochrany ve vesmíru několik dní, jiní mohou vydržet roky, ale jen díky tomu, že si vytvoří domov uvnitř hornin. Tato zjištění podporují teorii, že život, jak ho známe, se může přenášet mezi planetami v meteoritech nebo kometách. Nové poznatky, které byly dnes zveřejněny v časopise Frontiers in Microbiology a které vycházejí z experimentu na Mezinárodní vesmírné stanici, nyní ukazují, že bakterie Deinococcus radiodurans může ve vesmíru přežít nejméně tři roky. Akihiko Yamagishi, mikrobiolog z Tokijské univerzity farmacie a biologických věd, který studii vedl, říká, že výsledky také naznačují, že mikrobiální život by mohl cestovat mezi planetami nechráněnými horninami.
Studie probíhala mimo japonskou laboratoř Kibo na Mezinárodní vesmírné stanici. Ale dlouho předtím, než se Jamagišiho experiment dostal na oběžnou dráhu, chtěla Japonská agentura pro výzkum vesmíru JAXA jeho tým předem přesvědčit, že bude úspěšný. „Chtěli jsme říct: ‚Nevíme – musíme to prostě zkusit‘. Ale to není u vesmírných experimentů povoleno,“ říká Yamagishi. „Museli jsme tedy zvážit, jak je přesvědčit.“
Yamagishi a jeho tým zvažovali několik druhů bakterií a Deinococcus radiodurans vynikal jako výjimečný. V letech 2010 až 2015 jeho tým prováděl experimenty testující D. radiodurans v simulovaných podmínkách Mezinárodní vesmírné stanice. Vysílali na brouky vysokou úroveň radiace, snížili tlak na úroveň podobnou vesmírnému vakuu a během pouhých 90 minut změnili teplotu na 140 stupňů Fahrenheita. Zjistili, že buňky jsou vůči stresu pozoruhodně odolné. „Provedením těchto experimentů na zemi jsme ukázali, že přežijí, a oni nás přijali a uvěřili nám,“ říká. Tým si vysloužil souhlas JAXA a jejich astrobiologický experiment měl být vypuštěn raketou SpaceX v dubnu 2015.
Před startem přišel do plánovaného experimentu zádrhel. Původně Yamagishi a tým plánovali, že experimenty budou provádět astronauti, ale dozvěděli se, že již nemají možnost „upoutaných“ vědeckých experimentů mimo Mezinárodní vesmírnou stanici. Naštěstí se týmu podařilo navrhnout experiment s využitím tohoto robotického ramene.
Tři panely bakterií vyletěly s raketou SpaceX: jeden na jeden rok expozice, druhý na dva roky a třetí na tři roky. Poté, co astronauti panely připravili, robotické rameno ovládané ze Země panely uchopilo a usadilo je na místo. Každý panel obsahoval dvě malé hliníkové destičky poseté 20 mělkými jamkami pro různě velké masy bakterií. Jedna deska směřovala dolů k Mezinárodní vesmírné stanici, druhá ven do vesmíru.
Každý rok robotické rameno Kibo odmontovalo plošinu držící panely a vrátilo ji zpět dovnitř ISS, aby astronauti mohli poslat vzorky zpět na Zemi k analýze. Jejich výsledky ukazují, že bakterie Deinococcus tříletý experiment přežily. Buňky bakterií Deinococcus ve vnějších vrstvách hmot odumřely, ale tyto odumřelé vnější buňky chránily ty uvnitř před nenapravitelným poškozením DNA. A když byly masy dostatečně velké – stále tenčí než milimetr – buňky uvnitř přežily několik let.
„Přesně mi to připomnělo strategii, kterou používají sinice v Andách,“ říká Nathalie Cabrolová, astrobioložka, která se studií nesouvisí a řídí výzkumné centrum Institutu Carla Sagana pro hledání mimozemské inteligence (SETI). Cabrolová studovala, jak sinice, jedna z nejstarších forem života na Zemi, snášejí intenzivní sluneční záření tím, že se organizují do vrstev, v nichž buňky na povrchu odumírají a uvnitř přežívají. Potěšilo ji, co nám tyto výsledky mohou říci o extrémofilech na Zemi.
Nejen ochranné vrstvy buněk v masách, ale i D. radiodurans jsou pozoruhodně odolné vůči poškození zářením. Jejich geny kódují unikátní proteiny, které opravují DNA. Zatímco lidské buňky nesou asi dvě kopie DNA a většina bakteriálních buněk jednu, D. radiodurans obsahují až 10 nadbytečných kopií. Více kopií důležitých genů znamená, že buňky mohou produkovat více kopií proteinů, které opravují DNA poškozenou zářením. Tento vrozený obranný mechanismus v kombinaci s ochrannými vnějšími vrstvami buněk udržel mikroby naživu navzdory úrovni radiace více než 200krát vyšší než na Zemi.
Na základě svých údajů o tom, jak každý další rok ovlivnil buňky, tým předpovídá, že cestující masy D. radiodurans by mohly přežít dva až osm let mezi Zemí a Marsem – a naopak. „Je tedy možné, že během transportu přežijí,“ říká. „To nám říká, že musíme uvažovat o vzniku života nejen na Zemi, ale také na Marsu.“
D. radiodurans není jediným známým organismem, který přežívá ve vesmíru. Předchozí studie ukázaly, že tardigrady vydrží v přímém kontaktu pouze 10 dní. Vědci také testovali bakterie Bacillus a Deinococcus na dlouhé úseky na oběžné dráze, ale pouze s ochranou před toxickým zářením.
“ navrhují, aby spory mikrobů mohly přežít uvnitř horniny – to je litopanspermie,“ říká Yamagishi. Litopanspermie je variantou teorie panspermie, která předpokládá, že život na Zemi mohl vzniknout z mikrobů jiné planety. Yamagishi však říká, že jeho výsledky o extrémofilech, kteří vydrží přímé působení hornin po celé roky, jsou důvodem pro nový termín: massapanspermie. Tato teorie naznačuje, že mikrobi mohli na Zemi přistát spíše ve shlucích než v horninách.
Jiní odborníci však s přijetím massapanspermie váhají.
„Už jsem tak trochu propadla myšlence, že se život mohl přenést mezi Zemí a Marsem,“ říká Natalie Grefenstetteová, teoretická astrobioložka ze Santa Fe Institute, která není s touto prací spojena. Důkazy o litopanspermii ji přesvědčily, že přenos života je možný, ale pro masapanspermii vidí jedno zásadní omezení: volně plovoucí buněčné masy by musely přežít vyvržení z jedné planety a opětovný vstup na druhou. „To jsou obrovské požadavky,“ říká. Má podezření, že cestující shluk obnažených buněk by před přistáním shořel jako meteority.
Cabrol také zpochybňuje možnost massapanspermie. „Ukázat, že radiodurans může přežít tři roky, pokud je vrstevnatý, je velmi daleko od čísel, která potřebujeme, aby radiodurans byl schopen skoku na Mars.“ I když jsou teoreticky možné i několikaleté výlety, vědci odhadují, že může trvat až několik milionů let, než hmota opustí jednu planetu a přistane na jiné v rámci sluneční soustavy.
„Význam této studie je menší v tom, že dokazuje, že massapanspermie nebo panspermie jsou možné,“ říká Cabrol. „Ale podle mě ukazuje, že musíme být extrémně opatrní s kontaminací, až se vydáme na Mars.“
Mnoho zemí podepsalo Smlouvu o kosmickém prostoru, která jim zakazuje přinášet (a rozlévat) mikroby na jiné planety. Pokud by například kosmická loď omylem vysypala mikroby na Mars, pak by to poškodilo budoucí mise zaměřené na hledání života na této planetě. Vědci by s naprostou jistotou nevěděli, zda objevili marťanské mikroby. NASA si dala velmi záležet na sterilizaci vozítka Mars 2020 – pekla ho při sterilních teplotách a každou jeho část otírala sterilním oblečením. Tato studie zdůrazňuje, jak překvapivě důležité je udržet jakoukoli kosmickou loď zcela bez mikrobů.
Jamagishi doufá, že provede další expoziční experimenty ještě dále od Země, včetně na NASA navrhované lunární bráně poblíž Měsíce. A aby posunul otázky o původu života, vyvíjí jeho tým mikroskop pro hledání života pod povrchem Marsu.
„V prostředích, kde jsme si mysleli, že život nemůže přežít, nyní víme, že může,“ říká Grefenstette. „I tato studie to ukazuje – takže neustále posouváme tuto bariéru toho, čeho může život na Zemi dosáhnout.“