Ученые НАСА обнаружили, что некоторые микробы с Земли, занесенные людьми, могут выживать в укрытых, затененных районах вблизи Южного полюса Луны.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Science Advances, подчеркивают важность понимания того, как долго земные микроорганизмы способны сохраняться в экстремальных лунных условиях. По мере того как люди будут создавать более постоянное присутствие на Луне, загрязнение, связанное с деятельностью астронавтов, может затруднить разделение древней лунной химии и материалов, привнесенных человеком. Авторы предупреждают, что аналогичная проблема возникнет и при поисках признаков жизни на Марсе.
«Люди — природные исследователи, и с ними приходят их голоса, их воспоминания… и их микробы», — отмечает Прабал Саксена, планетный ученый, возглавлявший исследование в Космическом центре Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. По его словам, для многих ученых эта реальность может быть тревожной, но она также дает возможность превратить несовершенную ситуацию в полезный эксперимент.
Микробные попутчики неизбежны
Люди неизбежно переносят с собой микробы. В среднем около миллиона бактерий живут на каждом участке кожи размером с ластик от карандаша. Некоторые из этих организмов могут выходить из скафандров и обиталищ и оказываться в окружающей среде. Это создает проблему для исследователей, которые стремятся изучать химические свидетельства, связанные с древней геологией или возможной биологией Луны. Вместе с тем исследователи утверждают, что сама Луна может служить ценным естественным полигоном.
Тщательно контролируемые затененные районы у Южного полюса позволили бы ученым опробовать реальные пределы выживаемости микробов в условиях, которые крайне трудно воспроизвести на Земле. Но прежде чем такие эксперименты начнутся, необходимо установить ясную исходную линию того, какие загрязнители люди привносят с собой. «Нам нужно понять, что было здесь до нас, потому что когда мы поедем на Марс искать признаки жизни за пределами нашей планеты, мы захотим быть уверены, что это не то, что мы сами привезли», — говорит Эндрю Нидем, соавтор работы из Годдарда и специалист по контролю загрязнения образцов в программе Артемида.
Некоторые микробы удивительно выносливы
Даже тщательная стерилизация не уничтожает всех закаленных организмов. Один из примеров — Aspergillus niger, гриб, который обычно растет во влажных теплых средах, таких как ванные комнаты и системы вентиляции. Астронавты обнаруживали образцы этого гриба на борту Международной космической станции, и предыдущие эксперименты показали, что он способен выдерживать экспозицию вне станции. Именно Aspergillus niger оказался в числе пяти микроорганизмов, изученных в новом исследовании, из-за своей доказанной устойчивости к условиям полета в космосе.
Ученые были удивлены тем, что такие микроорганизмы могут переносить воздействие на внешней поверхности станции. По словам Аарона Регберга, геомикробиолога из Космического центра Джонсона в Хьюстоне и соавтора статьи, эти организмы обычно не относят к «экстремофилам», способным выживать в условиях, например, вакуума космоса. «Я ожидал бы, что эти микробы просто высохнут», — говорит Регберг, который изучает бактерии на станции. НАСА может снизить биологическое загрязнение роботизированных аппаратов, подвергая их нагреву свыше 400 градусов по Фаренгейту; такой подход неприменим для пилотируемых миссий, что делает проблему микробного загрязнения куда более сложной в случае отправлений людей к южному полюсу Луны.
Как определяли, где микробы могут выжить
Чтобы понять, где микробы могли бы выживать, исследователи сначала изучили необычную манеру, в которой солнечный свет достигает лунных полюсов. В рамках работы «выживание» определялось как сохранение жизнеспособности микроорганизма в течение как минимум одного земного дня; это не означало способность организма расти или размножаться. Из-за небольшого наклона оси Луны Солнце на полюсах кажется находящимся очень близко к горизонту, и его свет как бы скользит по поверхности, подобно фонарику, лежащему на столе.
Такой низкий угол падения означает, что гребни кратеров, горы, хребты и даже мелкие неровности поверхности могут блокировать солнечный свет для пониженных участков. В результате образуется мозаика затененных областей, которые могут оставаться чрезвычайно холодными, сохранять воду и защищать деликатные молекулы и потенциальные микроорганизмы от повреждающего излучения.
Испытания микроорганизмов в районе Южного полюса
Опираясь на эту картину, исследователи оценили, какие земные микробы теоретически способны выдержать условия рядом с Южным полюсом. Они отобрали организмы, встречающиеся в условиях космических полетов, а также микробы, обычно ассоциируемые с человеком. Помимо Aspergillus niger в исследование вошли Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Deinococcus radiodurans и несколько видов Fusarium.
На основе анализа предыдущих работ команда определила, какое количество тепловой нагрузки и ультрафиолетового излучения способен переносить каждый организм. Затем ученые смоделировали условия в трех местах у Южного полюса — на гребне Нобиле, на соединительном хребте и на гребне Де Герлаше. Моделирование опиралось на детальные карты высот и температур, полученные с приборов орбитального аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter, а также на модели распространения радиации до лунной поверхности.
Убежища для микробов размером с след от ботинка
Полученные карты выявили «переживаемые ниши» — от донных частей кратеров протяженностью в несколько миль до участков не больше следа от ботинка астронавта. Aspergillus niger оказался особенно устойчивым: благодаря наибольшей устойчивости к УФ-излучению гриб потенциально мог выживать даже в местах, частично освещенных солнцем. УФ-излучение губительно для многих микроорганизмов, поэтому его часто используют для стерилизации в больницах.
«Когда мы думаем о Луне, мы обычно не ассоциируем ее с биологией», — говорит Хизер Грэм, соавтор работы из Годдарда, которая занимается разработкой инструментов и методов обнаружения жизни, которая может выглядеть совершенно иначе, чем земная. «Но Луна — это место, где клетка может выжить, поэтому при первых исследованиях этих участков следует уделять особое внимание нашим микробным попутчикам и прилагать усилия, чтобы охарактеризовать лунную химию до того, как наши визиты изменят то, что мы там обнаружим».
Выживание — не то же самое, что размножение
Исследователи подчеркивают, что выживание не равнозначно процветанию. Некоторые микробы могут оставаться в состоянии покоя в защищенных районах около Южного полюса и потенциально осложнить будущие научные исследования, однако нет доказательств того, что Луна предоставляет условия, необходимые для их роста и размножения. Отсутствуют ключевые компоненты, например жидкая вода, которая обычно зависит от наличия атмосферы и умеренных температур.
Авторы призывают к предварительной инвентаризации и строгому мониторингу биологического загрязнения на этапах подготовки к пилотируемым миссиям и при освоении южнополярных регионов, чтобы минимизировать помехи будущим научным исследованиям и сохранить возможность проводить контролируемые экспериментальные наблюдения за пределами Земли.