A sötét, élettelen űr végtelen háttere előtt a Nemzetközi Űrállomás robotkarja 2015-ben egy doboz exponált mikrobát szerelt fel egy korlátra 250 mérfölddel a Föld felett. A szívós baktériumoknak nem volt védelmük a kozmikus ultraibolya-, gamma- és röntgensugárzás támadása ellen. A Földre visszatérve a tudósok arra voltak kíváncsiak, vajon a baktériumok túlélhetik-e ezeket a körülményeket akár három évig, a kísérlet időtartamáig, és ha igen, mit mondhatnak az eredmények a kutatóknak az élet bolygók közötti utazási képességéről.
A mikrobiológusok évtizedeken át tanulmányozták az extremofilokat, a szélsőséges körülményeket elviselő szervezeteket, hogy megrángassák annak rejtélyes szálait, hogyan virágzott ki az élet a Földön. Egyes extremofilok napokig képesek védtelenül élni a világűrben; mások évekig is kibírják, de csak úgy, hogy sziklák belsejébe vájják otthonukat. Ezek az eredmények alátámasztják azt az elméletet, hogy az általunk ismert élet meteoritokon vagy üstökösökön belül is átkerülhet a bolygók között. Most a Frontiers in Microbiology című szaklapban ma közzétett új eredmények, amelyek a Nemzetközi Űrállomáson végzett kísérleten alapulnak, azt mutatják, hogy a Deinococcus radiodurans baktérium legalább három évig képes túlélni az űrben. Akihiko Yamagishi, a Tokiói Gyógyszerészeti és Élettudományi Egyetem mikrobiológusa, a tanulmány vezetője szerint az eredmények arra is utalnak, hogy a mikrobiális élet sziklák által nem védett bolygók között is utazhat.
A vizsgálatra a Nemzetközi Űrállomás japán Kibo laboratóriumán kívül került sor. De jóval azelőtt, hogy Yamagishi kísérlete felkerült volna a Föld körüli pályára, a japán űrkutatási ügynökség, a JAXA azt akarta, hogy csapata előre meggyőződjön arról, hogy sikerülni fog. “Azt akartuk mondani: ‘Nem tudjuk – csak ki kell próbálnunk. De ez nem megengedett az űrkísérleteknél” – mondja Yamagishi. “Ezért át kellett gondolnunk, hogyan győzzük meg őket.”
Yamagishi és csapata több baktériumfajt is figyelembe vett, és a Deinococcus radiodurans kivételesnek tűnt. Csapata 2010 és 2015 között kísérleteket végzett, amelyekben a D. radiodurans-t a Nemzetközi Űrállomáson szimulált körülmények között tesztelte. A bogarakat magas szintű sugárzással sugározták, a nyomást az űrhöz hasonló vákuumra csökkentették, és a hőmérsékletet 140 Fahrenheit-fokig megingatták mindössze 90 perc alatt. Azt találták, hogy a sejtek figyelemre méltóan ellenálltak a stresszhatásoknak. “Megmutattuk, hogy túlélni fogjuk ezeket a kísérleteket a földön, és elfogadtak minket, és hittek nekünk” – mondja. A csapat elnyerte a JAXA jóváhagyását, és asztrobiológiai kísérletüket 2015 áprilisában indították volna el egy SpaceX rakétával.
A tervezett kísérletbe még a start előtt csuklás jött. Eredetileg Yamagishi és csapata úgy tervezte, hogy űrhajósok végzik a kísérleteket, de megtudták, hogy a Nemzetközi Űrállomáson kívül már nincs lehetőségük “kikötözött” tudományos kísérletekre. Szerencsére a csapat meg tudott tervezni egy olyan kísérletet, amely ezt a robotkart használta.
A SpaceX rakétával három baktériumtábla emelkedett a magasba: egy egyéves, egy kétéves és egy hároméves expozícióra. Miután az űrhajósok előkészítették a paneleket, egy Földről irányított robotkar megragadta a paneleket és a helyükre tette őket. Mindegyik panel két kis alumíniumlemezt tartalmazott, amelyekben 20 sekély mélyedés volt a különböző méretű baktériumtömegek számára. Az egyik lemez lefelé mutatott a Nemzetközi Űrállomás felé, a másik pedig kifelé, a kozmosz felé.
A Kibo robotkarja minden évben leszerelte a paneleket tartó platformot, és visszavitte azt az ISS belsejébe, hogy az űrhajósok mintákat küldhessenek vissza a Földre elemzésre. Eredményeik azt mutatják, hogy a Deinococcus baktériumok túlélték a hároméves kísérletet. A Deinococcus baktérium sejtjei a tömegek külső rétegeiben elpusztultak, de ezek az elhalt külső sejtek megvédték a belsejükben lévő sejteket a helyrehozhatatlan DNS-károsodástól. És amikor a tömegek elég nagyok voltak – még mindig vékonyabbak, mint egy milliméter -, a bennük lévő sejtek több évig életben maradtak.
“Ez pontosan arra a stratégiára emlékeztetett, amelyet a cianobaktériumok alkalmaznak az Andokban” – mondja Nathalie Cabrol, a tanulmányhoz nem kapcsolódó asztrobiológus, aki a Földönkívüli Intelligenciát Kutató Intézet (SETI) Carl Sagan Kutatóközpontját vezeti. Cabrol azt tanulmányozta, hogy a cianobaktériumok, a Föld egyik legősibb életformája hogyan viselik el az intenzív napsugárzást azáltal, hogy rétegekbe szerveződnek, ahol a sejtek kívül elpusztulnak, belül pedig túlélnek. Örült annak, amit ezek az eredmények a földi extremofilokról elárulhatnak.
A D. radiodurans sejtjeinek tömegében a védőrétegeken túl a sejtek figyelemre méltóan ellenállnak a sugárzás okozta károsodásoknak. Génjeik olyan egyedi fehérjéket kódolnak, amelyek a DNS-t javítják. Míg az emberi sejtek körülbelül két DNS-kópiát hordoznak, a legtöbb baktériumsejt pedig egyet, addig a D. radiodurans akár 10 redundáns példányt is tartalmazhat. A fontos gének több példánya azt jelenti, hogy a sejtek több példányt tudnak előállítani a sugárzás által károsodott DNS-t javító fehérjékből. Ez a veleszületett védelmi mechanizmus, kombinálva a védő külső sejtrétegekkel, életben tartotta a mikrobákat annak ellenére, hogy a sugárzás szintje több mint 200-szor magasabb volt, mint a Földön.
Az adatok alapján, hogy minden egyes további év hogyan hatott a sejtekre, a csapat azt jósolja, hogy az utazó D. radiodurans tömegek két-nyolc évet is túlélhetnek a Föld és a Mars között – és fordítva. “Tehát lehetséges a túlélés a szállítás során” – mondja. “Ez azt mondja nekünk, hogy nemcsak a Földön, hanem a Marson is figyelembe kell vennünk az élet eredetét.”
A D. radiodurans nem az egyetlen ismert organizmus, amelyik túlél az űrben. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a tardigrádok csak 10 napig bírják közvetlen expozícióban. A tudósok Bacillus és Deinococcus baktériumokat is teszteltek hosszú ideig a Föld körüli pályán, de csak a mérgező sugárzástól való védelemmel.”
“Javaslom, hogy a mikrobák spórái túlélhetnek a kőzet belsejében – ez a litopanspermia” – mondja Yamagishi. A litopanspermia a pánspermia elmélet egy változata, amely feltételezi, hogy a földi élet egy másik bolygó mikrobáiból származhatott. Yamagishi azonban azt mondja, hogy eredményei, miszerint az extremofilok évekig kibírták a közvetlen, kőzet nélküli expozíciót, új kifejezésre adnak okot: tömegpanspermia. Ez az elmélet azt sugallja, hogy a mikrobák nem sziklákban, hanem csomókban landolhattak a Földön.
Más szakértők azonban vonakodnak elfogadni a massapanspermiát.
“Már akkor is el voltam ragadtatva attól az elképzeléstől, hogy az élet átkerülhetett a Föld és a Mars között” – mondja Natalie Grefenstette, a Santa Fe Intézet elméleti asztrobiológusa, aki nem kapcsolódik a munkához. A litopanspermia bizonyítékai meggyőzték őt arról, hogy az élet átvitele lehetséges, de a tömegapanspermia esetében egy komoly korlátot lát: a szabadon lebegő sejttömegeknek túl kellene élniük az egyik bolygóról való kilökődést és a másikra való visszatérést. “Ezek hatalmas követelmények” – mondja. Azt gyanítja, hogy a szabadon lévő sejtek utazó csomója meteorként égne el, mielőtt földet érne.”
Cabrol is megkérdőjelezi a tömegapanspermia lehetőségét. “Az, hogy megmutattuk, hogy a radiodurans három évet túlélhet, ha réteges, nagyon messze van azoktól a számoktól, amelyekre szükségünk van ahhoz, hogy a radiodurans képes legyen a Marsra ugrani”. Bár az évekig tartó utazások elméletileg lehetségesek, a tudósok becslése szerint akár több millió évbe is beletelhet, amíg az anyag elhagyja az egyik bolygót és leszáll egy másikra a Naprendszeren belül.
“Ennek a tanulmánynak a jelentősége kevésbé abban áll, hogy bebizonyítja, hogy a massapanspermia vagy a panspermia lehetséges” – mondja Cabrol. “De számomra azt mutatja, hogy rendkívül óvatosnak kell lennünk a szennyeződéssel, amikor a Marsra megyünk.”
Sok ország aláírta a világűrről szóló szerződést, amely megtiltja, hogy mikrobákat vigyenek (és szórjanak) más bolygókra. Ha például egy űrhajó véletlenül mikrobákat szórna a Marsra, akkor az megrontaná a jövőbeli küldetéseket, hogy életet találjanak a bolygón. A tudósok nem tudnák teljes bizonyossággal, hogy marsi mikrobákat észlelnek-e. A NASA nagy erőfeszítéseket tett a Mars 2020 rover sterilizálása érdekében: steril hőmérsékleten sütötte, és minden alkatrészét steril ruhával törölte át. Ez a tanulmány aláhúzza, mennyire meglepően fontos, hogy bármilyen űrhajót teljesen mikrobamentesen tartsanak.”
Yamagishi reméli, hogy a Földtől még távolabb, többek között a NASA tervezett holdi átjáróján, a Hold közelében is végezhet további expozíciós kísérleteket. Az élet eredetével kapcsolatos kérdések előmozdítása érdekében pedig csapata mikroszkópot fejleszt a Mars felszíne alatti élet keresésére.
“Olyan környezetben, ahol eddig azt hittük, hogy az élet nem maradhat fenn, most már tudjuk, hogy igen” – mondja Grefenstette. “Ez a tanulmány is ezt mutatja – tehát folyamatosan toljuk vissza azt a határt, amit a földi élet elérhet.”