Med en uendelig baggrund af det mørke, livløse rum som ramme monterede en robotarm på den internationale rumstation i 2015 en kasse med udsatte mikrober på et gelænder 250 miles over jorden. De hjertelige bakterier havde ingen beskyttelse mod et angreb af kosmisk ultraviolet, gamma- og røntgenstråling. Tilbage på Jorden spekulerede forskerne på, om bakterierne kunne overleve disse forhold i op til tre år, som var forsøgets varighed, og hvis de gjorde, hvad resultaterne kunne fortælle forskerne om livets evne til at rejse mellem planeter.
Mikrobiologer har brugt årtier på at studere ekstremofile organismer, organismer, der udholder ekstreme forhold, for at trække i de mystiske tråde om, hvordan livet blomstrede på Jorden. Nogle ekstremofile kan leve ubeskyttet i rummet i flere dage; andre kan klare sig i årevis, men kun ved at skabe sig et hjem inde i klipper. Disse resultater underbygger teorien om, at liv, som vi kender det, kan overføres mellem planeter i meteoritter eller kometer. Nu viser nye resultater, der offentliggøres i dag i Frontiers in Microbiology, baseret på dette eksperiment på den internationale rumstation, at bakterien Deinococcus radiodurans kan overleve i mindst tre år i rummet. Akihiko Yamagishi, en mikrobiolog ved Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences, der ledede undersøgelsen, siger, at resultaterne også tyder på, at mikrobielt liv kan rejse mellem planeter uden at være beskyttet af klipper.
Undersøgelsen fandt sted uden for Japans Kibo-laboratorium på den internationale rumstation. Men længe før Yamagishis eksperiment blev sendt i kredsløb, ønskede Japans rumforskningsagentur JAXA, at hans team skulle overbevise dem om, at det ville lykkes på forhånd. “Vi ville sige: ‘Vi ved det ikke – vi er bare nødt til at prøve det’. Men det er ikke tilladt for rumeksperimenter,” siger Yamagishi. “Så vi måtte overveje, hvordan vi kunne overtale dem.”
Yamagishi og hans hold havde overvejet flere bakteriearter, og Deinococcus radiodurans stod frem som enestående. Mellem 2010 og 2015 gennemførte hans team eksperimenter, hvor D. radiodurans blev testet i forhold til simulerede forhold på den internationale rumstation. De strålede insekterne med høje strålingsniveauer, sænkede trykket til et rumlignende vakuum og ændrede temperaturen til 140 grader Fahrenheit på bare 90 minutter. De fandt ud af, at cellerne var bemærkelsesværdigt modstandsdygtige over for denne spærreild af stress. “Vi viste, at vi vil overleve ved at lave disse eksperimenter på jorden, og de accepterede os og troede på os,” siger han. Holdet fik JAXA’s godkendelse, og deres astrobiologiske eksperiment var indstillet til at blive opsendt med en SpaceX-raket i april 2015.
Der kom en hikke i det planlagte eksperiment inden opsendelsen. Oprindeligt havde Yamagishi og holdet planlagt at lade astronauter udføre eksperimenterne, men de fandt ud af, at de ikke længere havde mulighed for at udføre “fastgjorte” videnskabelige eksperimenter uden for den internationale rumstation. Heldigvis var holdet i stand til at designe et eksperiment ved hjælp af denne robotarm.
Tre paneler med bakterier fløj op med SpaceX-raketten: et til et års eksponering, et andet til to år og et andet til tre år. Efter at astronauterne havde gjort panelerne klar, tog en robotarm, der blev styret fra Jorden, fat i panelerne og satte dem på plads. Hvert panel indeholdt to små aluminiumsplader med 20 lavvandede brønde til bakteriemasser af forskellig størrelse. Den ene plade pegede ned mod den internationale rumstation, mens den anden pegede ud mod kosmos.
Hvert år afmonterede Kibos robotarm platformen med panelerne og bragte den tilbage i ISS, så astronauterne kunne sende prøver tilbage til Jorden til analyse. Deres resultater viser, at Deinococcus-bakterierne overlevede det treårige eksperiment. Deinococcus-bakteriecellerne i de ydre lag af masserne døde, men disse døde ydre celler beskyttede dem indeni mod uoprettelige DNA-skader. Og når masserne var store nok – stadig tyndere end en millimeter – overlevede cellerne indeni i flere år.
“Det mindede mig præcis om den strategi, som cyanobakterier bruger i Andesbjergene”, siger Nathalie Cabrol, en astrobiolog, der ikke har noget med undersøgelsen at gøre, men som er leder af Carl Sagan Center for Research i Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) Institute’s Carl Sagan Center for Research. Cabrol har studeret, hvordan cyanobakterier, en af Jordens ældste livsformer, tåler den intense solstråling ved at organisere sig i lag, hvor cellerne dør på ydersiden og overlever indeni. Hun var glad for, hvad disse resultater kan fortælle os om ekstremofile organismer på Jorden.
Ud over de beskyttende cellelag i masserne er D. radiodurans, D. radiodurans, bemærkelsesværdigt modstandsdygtige over for skader fra stråling. Deres gener koder for unikke proteiner, der reparerer DNA. Mens menneskelige celler bærer omkring to kopier af DNA, og de fleste bakterieceller bærer én, indeholder D. radiodurans op til 10 redundante kopier. Flere kopier af vigtige gener betyder, at cellerne kan producere flere kopier af de proteiner, der reparerer DNA, som er beskadiget af stråling. Denne iboende forsvarsmekanisme kombineret med beskyttende ydre cellelag holdt mikroberne i live på trods af strålingsniveauer, der var over 200 gange højere end på Jorden.
Med udgangspunkt i deres data for, hvordan hvert ekstra år påvirkede cellerne, forudsiger holdet, at rejsende D. radiodurans-masser kunne overleve to til otte år mellem Jorden og Mars – og omvendt. “Så det er muligt at overleve under transport,” siger han. “Det fortæller os, at vi er nødt til at overveje livets oprindelse ikke kun på Jorden, men også på Mars.”
D. radiodurans er ikke den eneste organisme, der er kendt for at overleve i rummet. Tidligere undersøgelser viste, at tardigrader kun overlever i 10 dage i direkte eksponering. Forskere har også testet Bacillus- og Deinococcus-bakterier i lange perioder i kredsløb, men kun med beskyttelse mod giftig stråling.
” foreslå, at mikrobersporer kunne overleve inde i sten – det er lithopanspermi,” siger Yamagishi. Lithopanspermia er en variant af teorien om panspermia, som antager, at livet på Jorden kan være opstået fra mikrober fra en anden planet. Men Yamagishi siger, at hans resultater af ekstremofile, der kan modstå direkte eksponering i årevis uden sten, giver anledning til et nyt begreb: massapanspermia. Denne teori antyder, at mikrober kan være landet på Jorden i klumper i stedet for i sten.
Midlertid er andre eksperter tøvende over for massapanspermia.
“Jeg var allerede ret solgt på tanken om, at liv kunne være overført mellem Jorden og Mars,” siger Natalie Grefenstette, en teoretisk astrobiolog ved Santa Fe Institute, der ikke er tilknyttet arbejdet. Beviserne for lithopanspermi overbeviste hende om, at det er muligt at overføre liv, men hun ser en stor begrænsning for massapanspermi: frit svævende cellemasser skal overleve at blive skudt ud fra en planet og komme ind på en anden igen. “Det er store krav,” siger hun. Hun har mistanke om, at en rejsende klump af udsatte celler ville brænde op som meteorer, inden den lander.
Cabrol sætter også spørgsmålstegn ved muligheden for masseapanspermi. “At vise, at radiodurans kan overleve i tre år, hvis det er lagdelt, er meget langt fra de tal, vi har brug for, for at radiodurans kan tage springet til Mars.” Selv om årelange rejser teoretisk set er mulige, vurderer forskerne, at det kan tage op til flere millioner år for materie at forlade en planet og lande på en anden i solsystemet.
“Relevansen af denne undersøgelse ligger mindre i at bevise, at masseapanspermi eller panspermi er muligt,” siger Cabrol. “Men for mig viser det, at vi skal være ekstremt forsigtige med vores forurening, når vi tager til Mars.”
Mange lande har underskrevet Outer Space Treaty, som forbyder dem at medbringe (og spilde) mikrober på andre planeter. Hvis et rumfartøj ved et uheld skulle komme til at spilde mikrober på Mars, ville det f.eks. ødelægge fremtidige missioner for at finde liv på planeten. Forskerne ville ikke vide med absolut sikkerhed, om de opdagede mikrober på Mars. NASA har gjort sig store anstrengelser for at sterilisere Mars 2020-roveren ved at bage den ved sterile temperaturer og tørre alle dele af med sterilt tøj. Denne undersøgelse understreger, hvor overraskende vigtigt det er at holde ethvert rumfartøj helt fri for mikrober.
Yamagishi håber at kunne udføre flere eksponeringsforsøg endnu længere væk fra Jorden, herunder på NASA’s foreslåede Lunar Gateway i nærheden af Månen. Og for at fremme spørgsmålene om livets oprindelse er hans hold ved at udvikle et mikroskop til at søge efter liv under Mars’ overflade.
“I miljøer, hvor vi ikke troede, at liv kunne overleve, ved vi nu, at det kan overleve,” siger Grefenstette. “Det viser denne undersøgelse også – så vi skubber hele tiden denne barriere for, hvad liv på Jorden kan opnå.”