Pimeän, elottoman avaruuden äärettömän taustan edessä Kansainvälisen avaruusaseman robottikäsivarsi asensi vuonna 2015 laatikon altistuneita mikrobeja kaiteeseen 250 kilometrin korkeuteen Maan yläpuolelle. Sydämellisillä bakteereilla ei ollut mitään suojaa kosmisen ultravioletti-, gamma- ja röntgensäteilyn hyökkäykseltä. Maassa tutkijat pohtivat, selviytyisivätkö bakteerit näistä olosuhteista jopa kolme vuotta, kokeen keston ajan, ja jos selviytyisivät, mitä tulokset kertoisivat tutkijoille elämän kyvystä matkustaa planeettojen välillä.
Mikrobiologit ovat viettäneet vuosikymmeniä tutkiakseen extremofiilejä, eli äärimmäisiä olosuhteita sietäviä organismeja, nykäistäkseen salaperäisiä säikeitä siitä, miten elämä kukoisti Maassa. Jotkut ekstremofiilit voivat elää suojaamattomina avaruudessa useita päiviä; toiset kestävät vuosia, mutta vain kaivamalla kodin kivien sisälle. Nämä havainnot tukevat teoriaa, jonka mukaan elämä, sellaisena kuin me sen tunnemme, voi siirtyä planeettojen välillä meteoriittien tai komeettojen mukana. Tänään Frontiers in Microbiology -lehdessä julkaistut uudet havainnot, jotka perustuvat kansainvälisellä avaruusasemalla tehtyyn kokeeseen, osoittavat, että Deinococcus radiodurans -bakteeri voi selviytyä avaruudessa ainakin kolme vuotta. Tutkimusta johtanut Tokion farmasian ja biotieteiden yliopiston mikrobiologi Akihiko Yamagishi sanoo, että tulokset viittaavat myös siihen, että mikrobielämä voisi matkustaa planeettojen välillä kallion suojaamatta.
Tutkimus tehtiin Japanin Kibo-laboratorion ulkopuolella Kansainvälisellä avaruusasemalla. Mutta jo kauan ennen kuin Yamagishin koe pääsi kiertoradalle, Japanin avaruustutkimusvirasto JAXA halusi hänen ryhmänsä vakuuttavan etukäteen, että se onnistuisi. ”Halusimme sanoa: ’Emme tiedä – meidän täytyy vain kokeilla sitä’. Mutta se ei ole sallittua avaruuskokeissa”, Yamagishi sanoo. ”Joten meidän oli mietittävä, miten vakuuttaa heidät.”
Yamagishi ja hänen ryhmänsä olivat harkinneet useita bakteerilajeja, ja Deinococcus radiodurans erottui poikkeuksellisena. Vuosina 2010-2015 hänen tiiminsä teki kokeita, joissa D. radioduransia testattiin simuloiduissa kansainvälisen avaruusaseman olosuhteissa. He sädettivät ötököitä korkeilla säteilytasoilla, laskivat paineet avaruuden kaltaiseen tyhjiöön ja heiluttivat lämpötiloja 140 celsiusastetta vain 90 minuutissa. He havaitsivat, että solut kestivät huomattavan hyvin stressiä. ”Osoitimme selviytyvämme tekemällä nämä kokeet maassa, ja he hyväksyivät meidät ja uskoivat meitä”, hän sanoo. Ryhmä sai JAXA:n hyväksynnän, ja heidän astrobiologinen kokeensa oli tarkoitus laukaista SpaceX:n raketilla huhtikuussa 2015.
Suunniteltuun kokeeseen tuli hikka ennen laukaisua. Alun perin Yamagishi ja tiimi suunnittelivat, että astronautit tekisivät kokeet, mutta he saivat tietää, että heillä ei enää ollut mahdollisuutta ”kytkettyihin” tieteellisiin kokeisiin Kansainvälisen avaruusaseman ulkopuolella. Onneksi tiimi pystyi suunnittelemaan kokeen, jossa käytettiin tuota robottikättä.
Kolme bakteeripaneelia nousi SpaceX:n raketin mukana: yksi yhden vuoden altistusta varten, toinen kaksi vuotta ja toinen kolme vuotta. Kun astronautit olivat valmistelleet paneelit, Maasta käsin ohjattu robottikäsi tarttui paneeleihin ja asetti ne paikoilleen. Kussakin paneelissa oli kaksi pientä alumiinilevyä, joissa oli 20 matalaa kuoppaa erikokoisille bakteerimassoille. Toinen levy osoitti alaspäin kohti kansainvälistä avaruusasemaa, toinen ulospäin kohti kosmosta.
Kibon robottikäsivarsi irrotti joka vuosi paneeleita pitelevän alustan ja toi sen takaisin ISS:n sisälle, jotta astronautit voisivat lähettää näytteitä takaisin Maahan analysoitavaksi. Tulokset osoittavat, että Deinococcus-bakteerit selvisivät kolmen vuoden kokeesta. Massojen ulommissa kerroksissa olevat Deinococcus-bakteerisolut kuolivat, mutta nämä kuolleet ulommat solut suojasivat sisällä olevia soluja korjaamattomilta DNA-vaurioilta. Ja kun massat olivat tarpeeksi suuria – yhä ohuempia kuin millimetri – niiden sisällä olevat solut säilyivät hengissä useita vuosia.
”Se muistutti minua täsmälleen siitä strategiasta, jota syanobakteerit käyttävät Andeilla”, sanoo Nathalie Cabrol, tutkimukseen osallistumaton astrobiologi, joka johtaa SETI-instituutin (SETI: Search for Extraterrestrial Intelligence) Carl Sagan Center for Research -yksikköä. Cabrol on tutkinut, miten syanobakteerit, yksi maapallon vanhimmista elämänmuodoista, kestävät auringon voimakasta säteilyä järjestäytymällä kerroksiksi, joissa solut kuolevat ulkopuolelta ja jäävät eloon sisäpuolelta. Häntä ilahdutti se, mitä nämä tulokset voivat kertoa meille maapallon extremofiileistä.
Massojen solujen suojakerrosten lisäksi D. radiodurans kestää huomattavan hyvin säteilyn aiheuttamia vaurioita. Niiden geenit koodaavat ainutlaatuisia proteiineja, jotka korjaavat DNA:ta. Kun ihmisen soluissa on noin kaksi kopiota DNA:ta ja useimmissa bakteerisoluissa yksi, D. radioduransissa on jopa 10 turhaa kopiota. Koska soluilla on enemmän kopioita tärkeistä geeneistä, ne voivat tuottaa enemmän kopioita proteiineista, jotka korjaavat säteilyn vaurioittamaa DNA:ta. Tämä luontainen puolustusmekanismi yhdistettynä suojaaviin uloimpiin solukerroksiin piti mikrobit hengissä, vaikka säteilytasot olivat yli 200 kertaa korkeammat kuin Maassa.
Käyttäen tietojaan siitä, miten kukin lisävuosi vaikutti soluihin, tutkimusryhmä ennustaa, että matkailevat D. radiodurans -massat voisivat selviytyä kahdesta kahdeksaan vuotta Maan ja Marsin välillä – ja päinvastoin. ”On siis mahdollista selvitä hengissä kuljetuksen aikana”, hän sanoo. ”Se kertoo meille, että meidän on pohdittava elämän alkuperää Maan lisäksi myös Marsissa.”
D. radiodurans ei ole ainoa organismi, jonka tiedetään selviytyvän avaruudessa. Aiemmat tutkimukset osoittivat, että tardigradit kestävät vain 10 päivää suorassa altistuksessa. Tutkijat ovat testanneet myös Bacillus- ja Deinococcus-bakteereja pitkiä aikoja kiertoradalla, mutta vain myrkylliseltä säteilyltä suojautuneina.”
” Ehdotan, että mikrobien itiöt voisivat selviytyä kiven sisällä – se on lithopanspermiaa”, Yamagishi sanoo. Lithopanspermia on muunnelma panspermiateoriasta, jossa oletetaan, että elämä maapallolla on voinut syntyä toisen planeetan mikrobeista. Yamagishi sanoo kuitenkin, että hänen tuloksensa, joiden mukaan extremofiilit kestivät suoraa altistumista vuosikausia ilman kiviä, antaa aihetta luoda uusi termi: massapanspermia. Tämän teorian mukaan mikrobit ovat saattaneet laskeutua Maahan rykelminä kivien sijaan.
Muut asiantuntijat ovat kuitenkin epäröiviä hyväksymään massapanspermiaa.
”Olin jo tavallaan myyty ajatukselle, että elämä olisi voinut siirtyä Maan ja Marsin välillä”, sanoo Natalie Grefenstette, Santa Fe -instituutissa työskentelevä teoreettinen astrobiotutkija, joka ei ole osallisena työssä. Todisteet litopanspermiasta vakuuttivat hänet siitä, että elämän siirtyminen on mahdollista, mutta hän näkee massapanspermiassa yhden merkittävän rajoituksen: vapaasti leijuvien solumassojen pitäisi selviytyä yhdeltä planeetalta heittäytymisestä ja paluusta toiselle planeetalle. ”Ne ovat valtavia vaatimuksia”, hän sanoo. Hän epäilee, että matkalla oleva solurykelmä palaisi kuin meteoriitti ennen laskeutumista.
Cabrol kyseenalaistaa myös massapanspermian mahdollisuuden. ”Sen osoittaminen, että radiodurans voi selviytyä kolme vuotta, jos se on kerrostunut, on hyvin kaukana niistä luvuista, joita tarvitsemme, jotta radiodurans voisi hypätä Marsiin.” Vaikka vuosien pituiset matkat ovat teoriassa mahdollisia, tutkijat arvioivat, että aineen lähtö yhdeltä planeetalta ja laskeutuminen toiselle planeetalle aurinkokunnan sisällä voi kestää jopa useita miljoonia vuosia.
”Tämän tutkimuksen merkitys ei ole niinkään siinä, että se todistaa massapanspermian tai panspermian olevan mahdollista”, Cabrol sanoo. ”Mutta minulle se osoittaa, että meidän on oltava äärimmäisen varovaisia saastumisen kanssa, kun menemme Marsiin.”
Monet maat ovat allekirjoittaneet ulkoavaruussopimuksen, joka kieltää niitä tuomasta (ja roiskimasta) mikrobeja muille planeetoille. Jos avaruusalus esimerkiksi vahingossa läikyttäisi mikrobeja Marsiin, se turmelisi tulevat operaatiot elämän löytämiseksi planeetalta. Tutkijat eivät tietäisi täydellä varmuudella, havaitsivatko he Marsin mikrobeja. NASA näki paljon vaivaa Mars 2020 -mönkijän steriloimiseksi paistamalla sitä steriileissä lämpötiloissa ja pyyhkimällä jokaisen osan steriileillä vaatteilla. Tämä tutkimus korostaa, kuinka yllättävän tärkeää on pitää mikä tahansa avaruusalus täysin vapaana mikrobeista.
Yamagishi toivoo voivansa tehdä lisää altistuskokeita vielä kauempana Maasta, muun muassa NASAn ehdottamalla Lunar Gateway -alustalla lähellä Kuuta. Ja edistääkseen elämän alkuperää koskevia kysymyksiä hänen ryhmänsä kehittää mikroskooppia, jolla voidaan etsiä elämää Marsin pinnan alta.
”Ympäristöissä, joissa emme uskoneet elämän voivan selviytyä, tiedämme nyt, että se voi”, Grefenstette sanoo. ”Tämäkin tutkimus osoittaa sen, joten työnnämme jatkuvasti sitä rajaa, mitä elämä Maassa voi saavuttaa.”