Z Przylądka Canaveral na Florydzie wystartowała misja Ax-4 z udziałem Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego – to drugi Polak w kosmosie, ale pierwszy, który dotrze na pokład Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Nasi naukowcy co prawda nie latają w kosmos, ale poszukują rozwiązań wspierających jego eksplorację – ze szczególnym uwzględnieniem Marsa.
Załogowe loty na Czerwoną Planetę pozostają ogromnym wyzwaniem ze względu na niesprzyjające warunki: niską temperaturę, bardzo niskie ciśnienie atmosferyczne, silne promieniowanie kosmiczne, burze pyłowe, brak ciekłej wody na powierzchni i niedobór tlenu. Sytuację dodatkowo komplikuje wysoka zawartość toksycznych nadchloranów w marsjańskim regolicie – stężenia tych soli są tam nawet o kilka rzędów wielkości wyższe niż na Ziemi. Nadchlorany są silnymi utleniaczami i mogą uszkadzać białka i DNA, zaburzać funkcjonowanie tarczycy, a w wyższych dawkach prowadzić do poważnych zatruć. Ich obecność stanowi więc przeszkodę nie tylko dla ewentualnego życia, które mogło istnieć na Marsie w przeszłości, lecz także dla bezpieczeństwa ludzi i mikroorganizmów wspomagających przyszłe misje załogowe.
Polskie eksperymenty z symulantem regolitu
W pierwszej kolejności zespół prof. Piotra Rzymskiego z Zakładu Medycyny Środowiskowej Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu, we współpracy z prof. Piotrem Klimaszykiem z Zakładu Ochrony Wód UAM, postanowił zbadać, co dzieje się z wodą w kontakcie z marsjańskim gruntem bogatym w nadchlorany. Symulant regolitu – odwzorowujący skład chemiczny podłoża w kraterze Gale na podstawie wyników analiz przeprowadzonych na Marsie przez łazika NASA Curiosity – wzbogacono o 0,25–1 % nadchloranów. To bardzo wysokie stężenia, o rzędy wielkości przekraczające te obserwowane naturalnie na Ziemi.
Już w ciągu kilku godzin trwania doświadczenia do wody uwalniały się liczne jony, rosła utlenialność i mętność, a w trakcie 21-dniowego eksperymentu stężenia siarki, magnezu, wapnia, sodu, potasu i żelaza osiągały bardzo wysokie poziomy. Wyniki te mogą mieć znaczenie dla opracowania systemów oczyszczania wody dla astronautów lub projektowania bioprocesów pozyskiwania zasobów (np. produkcji tlenu czy biomasy) podczas misji marsjańskich. Pozwalają też prognozować skład hipotetycznych wód podziemnych, których istnienie część naukowców podejrzewa pod powierzchnią Marsa.
Organizmy odporne na nadchlorany – nadzieja dla misji na Marsa?
Kolejny etap badań skupił się na poszukiwaniu mikro- i makroorganizmów zdolnych wytrzymać marsjańskie dawki nadchloranów. Z wód powierzchniowych, gleb i pustyń wyizolowano liczne sinice (cyjanobakterie). Ku zaskoczeniu naukowców 5 szczepów przeżyło dwutygodniową ekspozycję na sole w stężeniach ponad tysiąc razy wyższych niż typowo spotykane na Ziemi. Był to najprawdopodobniej efekt uboczny przystosowań badanych sinic do znoszenia wysokiego zasolenia i stresu oksydacyjnego. Badacze opisali swoje ustalenia na łamach pisma Astrobiology.
👉Czytaj też: Polak, który bada zdrowie astronautów
Z kolei we współpracy z zespołem prof. Łukasza Kaczmarka z Zakładu Taksonomii i Ekologii Zwierząt UAM sprawdzono wytrzymałość mikrobezkręgowców: skorupiaków, nicieni, wrotków i niesporczaków. Po 24 godzinach inkubacji w 1 proc. roztworze nadchloranu magnezu aktywne pozostały Caenorhabditis elegans, Lecane inermis i Artemia salina, a po 72 godzinach – wciąż niewielka populacja wrotka L. inermis. Co ważne, większość osobników w pełni odzyskiwała aktywność po przeniesieniu do czystej wody, co sugeruje, że nadchlorany działają na badane organizmy odwracalnie i mogą być tolerowane przez odpowiednio dobrane gatunki. To pierwsze tego typu badania identyfikujące zwierzęta cechujące się opornością na nadchlorany – zostały one opublikowane na łamach Zoological Journal of the Linnean Society.
W osobnym badaniu, opisanym w Life, oceniono także długoterminową przeżywalność niesporczaka Paramacrobiotus experimentalis. Wykazano, że przez 8 tygodni był on w stanie znieść warunki narażenia na roztwory o stężeniu 0,25% nadchloranu magnezu, wykazując się w nich 20 proc. przeżywalność. Wszystko to pokazuje to, że nawet wielokomórkowe zwierzęta mogą funkcjonować w warunkach znacznie ostrzejszych niż ziemskie, co czyni je potencjalnymi kandydatami do przyszłych eksperymentów na Marsie i organizmami modelowymi w badaniach astrobiologicznych.
Docenienie i motywacja do dalszej pracy
Badania poznańskiego zespołu są pionierskie i zyskały uznanie w środowisku astrobiologów. Redakcja prestiżowego czasopisma astronomicznego Icarus (niegdyś kierowanego przez Carla Sagana – astronoma, wizjonera i popularyzatora nauki) poprosiła autorów o przygotowanie przeglądu dotyczącego występowania nadchloranów na Marsie, organizmów opornych na ich działanie oraz postulowanych jej mechanizmów.
Uzyskane przez poznańskich badaczy wyniki nie tylko mogą pomóc zaprojektować biologiczne systemy wspierające eksplorację Marsa, lecz otwierają także drogę do analiz nad molekularnymi podstawami oporności na nadchlorany, a w przyszłości – do inżynierii genetycznej organizmów, które mogą być przydatne w rozwiązywaniu problemów kolonizacji Czerwonej Planety.
Źródła
- Rzymski P, Klimaszyk P, Kasianchuk N, Jakubiak P, Proch J, Niedzielski P. Blue on red: Chemical conditions of liquid water emerging on simulated martian regolith. Icarus. 2023;389(115263):115263. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2022.115263
- Rzymski P, Poniedziałek B, Hippmann N, Kaczmarek Ł. Screening the survival of Cyanobacteria under perchlorate stress. Potential implications for Mars in situ resource utilization. Astrobiology. 2022;22(6):672–84. https://doi.org/10.1089/ast.2021.0100
- Kayastha P, Rzymski P, Gołdyn B, Nagwani AK, Fiałkowska E, Pajdak-Stós A, et al. Tolerance against exposure to solution of magnesium perchlorate in microinvertebrates. Zool J Linn Soc. 2023; ;zlad060. https://doi.org/10.1093/zoolinnean/zlad060
- Wilanowska PA, Rzymski P, Kaczmarek Ł. Long-term survivability of tardigrade Paramacrobiotus experimentalis (eutardigrada) at increased magnesium perchlorate levels: Implications for astrobiological research. Life 2024;14(3):335. https://doi.org/10.3390/life14030335
- Rzymski P, Losiak A, Heinz J, Szukalska M, Florek E, Poniedziałek B, et al. Perchlorates on Mars: Occurrence and implications for putative life on the Red Planet. Icarus. 2024; 421(116246):116246. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2024.116246
Kontakt: Piotr Rzymski, Zakład Medycyny Środowiskowej UMP, rzymskipiotr[at]ump.edu.pl; Piotr Klimaszyk, Zakład Ochrony Wód UAM, pklim[at]amu.edu.pl; Łukasz Kaczmarek, Zakład Taksonomii i Ekologii Zwierząt, kaczmar[at]amu.edu.pl
Zezwalamy na bezpłatny przedruk artykułów ze strony pod wyłącznym warunkiem podania źródła artykułu. Prosimy o podanie następującego źródła: Nauka i Zdrowie UMP – onauce.ump.edu.pl
Prezentowane treści mają charakter wyłącznie informacyjny oraz edukacyjny i nie powinny być interpretowane jako porady medyczne służące do diagnozowania lub leczenia.
