BIOMEX: несколько слов о новых технологиях для поиска внеземной жизни

05.08.2014, Илья Хель 10

Пытаясь понять, какой может быть потенциальная жизнь за пределами Земли, астробиологи изучают возможности выживания организмов в разных средах: от поверхности Марса до покрытых льдом океанов спутников Европы, юпитерианской луны. На сегодняшний день Земля остается единственным примером обитаемой планеты, поэтому исследование пределов выживаемости земных организмов — важный компонент науки астробиологов.

Планета

По этой причине ученые собирают данные из мест нашей планеты, в которых жизнь проявляет невероятные чудеса адаптации: от Арктики до Антарктики, от теплых гидротермальных источников на дне океана до кислотных рек. Тем не менее антарктические сухие долины или глубоководные жерла Тихого океана — не единственные места, на примерах которых астробиологи изучают жизнь. Низкая околоземная орбита предоставляет возможность наблюдать за земной жизнью в суровых условиях космоса.

Рано утром 24 июля 2014 года новый астробиологический эксперимент начал свой путь с космодрома Байконур в Казахстане к Международной космической станции. BIOMEX («биологический и марсианский эксперимент») был запущен на борту российского грузового корабля «Прогресс» и стал одним из четырех экспериментов, которые будут проводиться на внешней стороне модуля МКС «Звезда». Всего спустя шесть часов после запуска грузовое судно успешно состыковалось с МКС.

BIOMEX содержит двенадцать разных экспериментальных пакетов, которые предназначены для определения потенциала жизни на Марса. Институт планетарных исследований в Немецком аэрокосмическом центре координирует работу BIOMEX, но также к проекту подключены 25 учреждений со всех стран мира.

BIOMEX содержит различные камеры, которые наполнены биомолекулами и организмами, в том числе бактериями, археями, водорослями, грибами, лишайниками и мухами. Разные наборы образцов, рассредоточенные по отсекам, будут подвергаться воздействию внешней среды. Некоторые образцы биомолекул или организмов включены в имитацию марсианской почвы (от нескольких до множественных слоев), другие же представлены космосу совершенно без защиты.

К камерам с образцами применяются различные фильтры, которые должны демонстрировать воздействие разных уровней радиации. С их помощью ученые могут имитировать солнечное излучение, присутствующее на поверхности Марса. Некоторые из камер даже наполнены практически марсианской атмосферой, богатой углекислым газом.

«Чтобы получить реальное понимание поведения биомолекул в марсианской среде, нам нужно проверить различные параметры, с которыми мы могли бы столкнуться на Марсе, — объясняет Жан-Пьер Поль де Вера из Немецкого аэрокосмического центра, а также один из основных участников BIOMEX. — «Это означает, что мы будем применять — настолько, насколько позволит нам МКС — марсианские условия: экстремальные температурные режимы, марсианскую атмосферу с марсианскими газами в камерах EXPOSE-R2, а также радиационный фон, — которые мы никогда не сможем имитировать в земных лабораториях».

Образцы проведут от одного до полутора лет за пределами космической станции, а организмы будут контролироваться с помощью датчиков температуры и дозиметров, которые контролируют радиационное облучение. Цель заключается в том, чтобы увидеть, как воздействие этих разнообразных нагрузок и давлений со стороны окружающей среды повлияет на выживаемость организмов и стабильность важных клеточных компонентов, таких как мембранных липидов, пигментов, протеинов и ДНК.
BIOMEX
Результаты эксперимента BIOMEX помогут астробиологам понять, действительно ли эти биологические материалы могут справиться с условиями космической и марсианской среды, и может ли захоронение, например, в марсианской почве повлиять на их выживаемость.

В то время как образцы BIOMEX будут располагаться на внешней стороне станции, ученые на Земле будут работать с копиями образцов в лаборатории. Здесь они будут имитировать марсианские условия максимально близко в контролируемой среде лаборатории и наблюдать за привязанными к земле образцами с помощью ряда инструментов.

По завершению эксперимента образцы BIOMEX будут возвращены на Землю, а ученые внимательно оценят результаты. Уже в лаборатории они смогут охарактеризовать стабильность биомолекул после перенесенных условий низкой околоземной орбиты. В том числе и оставленные ими следы, которые могут быть полезны в будущих миссиях по обнаружению следов жизни на Марсе.

«BIOMEX изучает потенциал инструментов для обнаружения определенных биосигнатур (пигментов, мембранных композитов, липидов и так далее) в марсианской среде до и после космических экспериментов, а также во время имитации Марса в лаборатории», — рассказал доктор де Вера журналу Astrobiology Magazine.

Набор спектроскопических инструментов, которые астробиологи используют на Земле, аналогичны тем, которые будут использоваться во время полетов на Марс в ближайшем будущем. Они включают в себе спектроскопы Рамана и ИК/УФ/ВИД спектров. Первоначальные тесты в лаборатории уже показали интересные результаты. Например, что биосигнатуры меняются под действием температуры и радиации. Поэтому они отличаются от тех, которые мы привыкли наблюдать в земных условиях.

Данные BIOMEX также могут иметь важное применение вне области астробиологии. Изучение того, как биосигнатуры выживают в моделируемом марсианском реголите, могут быть полезными для земных археологов, которые ищут радиационно-независимые методы (то есть не радиоуглеродное датирование) для изучения древних деревянных предметов. Термогравиметрическая методология, которую использует де Вера и его команда, в частности, проверяет остатки воды в образцах BIOMEX, после того как они столкнулись с космической средой. Она тоже находится в области интересов археологов.

«Раман-спектроскопия все больше используется в микробиологии, фармакологии и медицине», — говорит де Вера. — «Институт Роберта Коха в Берлине, который сотрудничает с нами, использует этот метод (в сочетании с другими), чтобы выявить микроорганизмы, которые могут быть вредными для здоровья. Их нужно выявить очень быстро, чтобы определить, нет ли риска для возникновения эпидемии».

Исследование биопленок в космосе может иметь некоторые интересные последствия для здоровья астронавтов и людей на Земле. На Земле биопленки используются в некоторых лекарственных напитках для запуска иммунной системы. Изучение биопленки в космосе может помочь определить, будут ли эти напитки безопасны для космонавтов на орбите или нет. Есть вероятность, что космическая среда приведет к мутации биопленки и она станет вредной для потребления.

«Сушка (удаление воды) и радиационная защита — крайне важные вопросы, — отмечает де Вера. — Исследование облученных образцов предоставит больше информации о том, как наиболее устойчивые микроорганизмы способы эффективно себя ограждать, и какие вещества ответственны за их сопротивление. В косметической и пищевой промышленностях крайне заинтересованы результатами этих исследований».

На самом деле, Институт клеточной терапии и иммунологии Фраунгофера в Потсдаме, Германия, уже работает с двумя организмами из тех, которые изучают де Вера и его команда. Один из них — высокорезистентная цианобактерия, а другой — зеленые водоросли. Благодаря BIOMEX эти организмы разместились на низкой околоземной орбите, цепляясь за внешний борт Международной космической станции.

BIOMEX поможет астробиологам понять потенциал обитаемости Марса. Если жизнь когда-нибудь возникала на Марсе и существовала на тех же биологических принципах, что и земная, могли ли те организмы приспособиться к жизни на Марсе в наши дни?

Исследуя этот вопрос, BIOMEX может помочь сформировать будущее исследование Марса, разработать руководящие принципы того, где роботам-исследователям придется искать признаки жизни на современном Марсе или признаки древней жизни, сохранившейся в реголите.

«С данными, полученными на базе выбранных биомолекул в качестве потенциальных сигнатур, а также данных о том, как они ведут себя в условиях космоса и Марса, мы построим базу данных, которая будет иметь существенное значение для будущих исследовательских миссий на Марс, — говорит де Вера. — Это база может служить в качестве резервной или системной, автоматически обновляться, а также содержать возможные или прогнозируемые жизнеформы и потенциальную жизнь, какой она может скрываться».

«Мы хотим знать, какие последствия ультрафиолетового излучения будет нести структура клеток и биопленка в условиях космоса. Это поможет нам понять, из чего могут быть сделаны организмы, устойчивые к экстремальным условиям космоса».

Считается, что организмы, способные образовывать биопленку, могут быть более успешными в самозащите от суровых условий окружающей среды. Способность производить биопленку может иметь важное значение на ранних стадиях эволюции жизни на Земле, когда условия на нашей планете были другими.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.