Mech pustynny Syntrichia caninervis może być kluczem do kolonizacji Marsa ze względu na swoją zdolność do przetrwania ekstremalnego zimna, promieniowania i warunków podobnych do marsjańskich, potencjalnie wspierając zrównoważone siedliska pozaziemskie.
Mech pustynny Syntrichia caninervis jest bardzo obiecujący dla kolonizacji Marsa ze względu na swoją niezwykłą odporność na ekstremalne warunki, które są zazwyczaj zabójcze dla większości form życia. Znany ze swojej tolerancji na suszę, ten mech może również wytrzymać temperatury tak niskie, jak −196°C, wysoki poziom promieniowania gamma i symulowane środowisko marsjańskie, w którym wszystkie te czynniki stresogenne sa połączone. We wszystkich eksperymentach wcześniejsze odwodnienie wydawało się zwiększać zdolność mchu do przetrwania tych trudnych warunków.
Nasze badanie pokazuje, że odporność środowiskowa S. caninervis jest lepsza niż odporność niektórych wysoce odpornych na skrajne warunki środowiskowe mikroorganizmów i tardigradów — piszą badacze, wśród których są ekolodzy Daoyuan Zhang i Yuanming Zhang oraz botanik Tingyun Kuang z Chińskiej Akademii Nauk. — S. caninervis jest obiecującym kandydatem na roślinę pionierską do kolonizacji środowisk pozaziemskich, kładącą podwaliny pod budowę biologicznie zrównoważonych siedlisk ludzkich poza Ziemią.
Globalny zasięg i różne postacie pokrywy S. caninervis. (A) Globalny zasięg geograficzny S. caninervis. Baza danych: Global Biodiversity Information Facility (https://www.gbif.org/). (B) Typowe siedlisko, w którym S. caninervis występuje na pustyni Gurbantunggut w Chinach. Skala: 10 m. (C) Wysuszony S. caninervis. Skala: 2 cm. (D) Uwodniony S. caninervis. Skala: 1 mm. (E) Zamarznięty S. caninervis z pokrywą śnieżną zimą. Skala: 1 mm. Źródło: DOI: 10.1016/j.xinn.2024.100657
Testy w ekstremalnych warunkach
Pewna niewielka liczba poprzednich badań testowała zdolność mikroorganizmów, glonów, porostów i zarodników roślin do przetrwania ekstremalnych środowisk przestrzeni kosmicznej lub Marsa, ale to jest pierwsze badanie testujące całe rośliny.
Syntrichia caninervis to pospolity gatunek mchu o szerokim zasięgu globalnym. Rośnie w ekstremalnych środowiskach pustynnych, w tym w Tybecie, Antarktydzie i regionach okołobiegunowych, jako część biologicznej pokrywy glebowej — szeroko rozpowszechnionego i odpornego rodzaju pokrywy gruntowej często występującej na suchych terenach. Biorąc pod uwagę zdolność mchu do przetrwania ekstremalnych warunków środowiskowych, naukowcy postanowili przetestować jego granice w laboratorium.
Aby przetestować tolerancję mchu na zimno, naukowcy przechowywali rośliny w temperaturze −80°C (w zamrażarce ultrazimnej) przez 3 i 5 lat oraz w temperaturze −196°C (w zbiorniku z ciekłym azotem) przez 15 i 30 dni. We wszystkich przypadkach rośliny regenerowały się po rozmrożeniu, chociaż ich odrastanie było wolniejsze w porównaniu do okazów kontrolnych, które zostały odwodnione, ale nie zamrożone, a rośliny, które nie zostały odwodnione przed zamrożeniem, odrastały wolniej niż rośliny, które zostały wysuszone, a następnie zamrożone.
Mech wykazał również zdolność przetrwania ekspozycji na promieniowanie gamma, które zabiłoby większość roślin, a dawki 500 Gy wydawały się nawet promować wzrost roślin. Dla porównania, ludzie doświadczają silnych drgawek i śmierci po narażeniu na około 50 Gy.
Nasze wyniki wskazują, że S. caninervis należy do najbardziej odpornych na promieniowanie organizmów żywych — piszą naukowcy.
Testy mające na celu określenie tolerancji S. caninervis na ekstremalnie niskie temperatury. (A) Ogólny plan eksperymentu dla prób w niskich temperaturach. Suche rośliny S. caninervis wystawiono na działanie temperatury −80°C (w zamrażarce o bardzo niskiej temperaturze) przez 3 lub 5 lat lub temperatury −196°C (w zbiorniku z ciekłym azotem) przez 15 lub 30 dni. Następnie rośliny przeniesiono na wysterylizowany piasek w celu regeneracji w cyklu 16 godzin światła/8 godzin ciemności przy temperaturze dnia/nocy 20°C/8°C. Rośliny podlewano co 3 dni. (B) Zmiany morfologiczne w okresie regeneracji po utrzymywaniu roślin w temperaturze −80°C przez 3 lub 5 lat. Czerwone groty strzałek wskazują zregenerowane gałęzie. (C i D) Liczba zregenerowanych gałęzi na pojedynczych roślinach (C) i wskaźniki regeneracji (D) po utrzymywaniu w temperaturze −80°C przez 3 lub 5 lat. (E) Zmiany morfologiczne w okresie rekonwalescencji po utrzymywaniu w temperaturze −196°C przez 15 lub 30 dni. Czerwone strzałki pokazują zregenerowane gałęzie. (F i G) Liczba zregenerowanych gałęzi na pojedynczych roślinach (F) i wskaźniki regeneracji (G) po utrzymywaniu w temperaturze −196°C przez 15 lub 30 dni. Źródło: DOI: 10.1016/j.xinn.2024.100657
Symulacja środowiska marskańskiego
Na koniec naukowcy przetestowali zdolność mchu do przetrwania warunków podobnych do marsjańskich, korzystając z Planetary Atmospheres Simulation Facility Chińskiej Akademii Nauk. Warunki marsjańskie symulatora obejmowały powietrze składające się w 95% z CO2, temperaturę wahającą się od −60°C do 20°C, wysoki poziom promieniowania UV i niskie ciśnienienie atmosferyczne. Wysuszone rośliny mchu osiągnęły 100% wskaźnik regeneracji w ciągu 30 dni po poddaniu ich warunkom marsjańskim przez 1, 2, 3 i 7 dni. Nawodnione rośliny, które poddano działaniu symulatora tylko przez jeden dzień, również przeżyły, choć regenerowały się wolniej niż ich wysuszone odpowiedniki.
Chociaż nadal daleka droga do stworzenia samowystarczalnych siedlisk na innych planetach, wykazaliśmy ogromny potencjał S. caninervis jako rośliny pionierskiej do wzrostu na Marsie — piszą naukowcy. — Patrząc w przyszłość, spodziewamy się, że ten obiecujący mech mógłby zostać przywieziony na Marsa lub Księżyc, aby dalej testować możliwość kolonizacji i wzrostu roślin w przestrzeni kosmicznej.
Testy tolerancji w komorze eksperymentalnej imitującej środowisko marsjańskie. (A) Widok ogólny Planetary Atmospheres Simulation Facility (PASF). CO2, N2, Ar i O2 mogą być dostarczane do komory pomocniczej (AC) w określonych proporcjach, a mieszanki gazów mogą być wstrzykiwane do komory próżniowej podczas eksperymentu. Promieniowanie UV z lampy rtęciowej o mocy 500 W jest skupiane na filtrze szklanym i przepuszczane przez okno ze szkła kwarcowego do komory próżniowej. (B) Wnętrze komory eksperymentalnej pokazujące uchwyty próbek na płytce. W przypadku obróbki w niskiej temperaturze PASF został skonfigurowany z zimną płytką (CP) zaprogramowaną przez zewnętrzny sterownik. Wkładka pokazuje, w jaki sposób próbki były wystawiane na promieniowanie UV za pośrednictwem reflektora. (C) Profil środowiskowy imitujący Marsa, pokazujący temperaturę, zawartość CO2 i ciśnienie atmosferyczne w komorze eksperymentalnej. (D) Obserwacja morfologiczna w okresie rekonwalescencji (16 godzin światła/8 godzin ciemności, temperatury dzień/noc 20°C/8°C) po 1, 2, 3 i 7 dniach utrzymania rośliny w symulowanych warunkach marsjańskich. Czerwone groty strzałek pokazują zregenerowane gałęzie. (E i F) Liczba zregenerowanych gałęzi na pojedynczych roślinach (E) i wskaźniki regeneracji (F) po utrzymania rośliny w symulowanych warunkach marsjańskich. Źródło: DOI: 10.1016/j.xinn.2024.100657
Więcej informacji: publikacja „Extrememotolerant desert moss Syntrichia caninervis is a promise pioneer plant for colonizing extraterrestrial environments” autorstwa Xiaoshuang Li i in., 2024, The Innovation. DOI: 10.1016/j.xinn.2024.100657
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Mech pustynny syntrichia caninervis. Źródło: Sheri Hagwood, USDA-NRCS PLANTS Database
