با کاندیداهای واقعی سکونت در "مریخ" آشنا شوید!

فرادید | سیارۀ سرخ سرد و بی‌آب و علف است و سطح آن در معرض بارش شدید تشعشع قرار دارد. اما برخی از جان‌سخت‌ترین میکروبهای جهان ممکن است در این سیاره دوام بیاورند.

به گزارش فرادید به نقل از بی‌بی‌سی انگلیسی، مریخ سیاره‌ای است با محیطی متخاصم. فاصلۀ آن از خورشید باعث شده تا این سیاره سرد و بی‌آب و علف باشد. میانگین دمای روزانه در مریخ به حدود 60 درجۀ سانتیگراد زیر صفر می‌رسد و در زمستان در اطراف قطب‌های دمای هوا حتی به 126- درجه هم می‌رسد.

علاوه بر این، اتمسفر رقیق مریخ سبب می‌شود که این سیاره در معرض بارش شدید تشعشعاتی قرار گیرد که از بین‌برندۀ حیات هستند.

همچنین اکسیژن اندکی در این سیاره وجود دارد. در واقع، 95 درصد از اتمسفر مریخ را کربن دی‌اکسید تشکیل می‌دهد.

با این حال، دانشمندان بر این باورند که چند جانور تک سلولی ساده می‌توانند در چنین محیطی دوام بیاورند. تک‌سلولی‌های که در بدترین محیطهای زمین، از جمله دریاچه‌های سولفوری و یخبندان دائم، زندگی می‌کنند. اینها ممکن است صلاحیت زندگی در مریخ را دارا باشند.


برای تشخیص واجدین صلاحیت، زیست‌شناسان فضایی، شرایط مریخ را در محیط آزمایشگاهی شبیه‌سازی کرده‌اند، و با شلیک پرتوهای گاما و فرابنفش به میکروبها و فریز کردنشان، قابلیت دوام آورند آنها را در مریخ می‌سنجند. برخی از میکروبها حتی به ایستگاه فضایی بین‌المللی برده‌ شده‌اند تا آزمون نهایی را هم پاس کنند. اینکه آیا می‌توانند دوری از زمین را تحمل کنند یا نه؟

در نتیجه، حالا پژوهشگران به لیستی از کاندیداهای بالقوه‌ای که می‌توانند در دماهای زیرصفر سیارۀ سرخ، شرایط خلا و تشعشعات شدید خورشیدی دوام بیاورند رسیده‌اند. حالا نوبت آن است که با کاندیداها آشنا شویم.

بدیهی‌ترین کسی که می‌تواند مریخی آینده لقب بگیرد، "دینوکوکوس رادیودورانس" است. باکتری‌ای که مقاومترین شکل حیات در برابر تشعشع است که تاکنون کشف شده است. این میکروب تقریباً غیرقابل نابودی، می‌تواند در برابر میزان تشعشعی دوام بیاورد که چند هزار برابر قویتر از میزان تشعشع لازم برای کشتن یک انسان است.

این باکتری در برابر آب و هوای سخت نیز جا نمی‌زند. دانشمندان رادیودورانس‌ها را در محیطی با دمای -79 درجه آزمایش کرده‌اند. دمایی که معادل میانگین دما در عرضهای میانی مریخ است. دانشمندان سپس این باکتری‌ها را در معرض بارش پرتوهای گاما قرار دادند تا میزان تشعشعی را که در عمق 30 سانتیمتری زیر خاک مریخ در طولانی مدت به آنها خواهد رسید، شبیه‌سازی کنند. این موجودات چنان سرسخت هستند که پژوهشگران تخمین می‌زنند تا برای این که تحت چنین شرایطی، جمعیتی از میکروبها به یک میلیونیم تعداد اولیه‌شان برسد، 1.2 میلیون سال زمان لازم است.

یکی دیگر از کاندیداهای مناسب برای زندگی در مریخ، خانوادۀ هالوباکتریاسی هستند. این میکروبها نمونه‌ای از میکروبهای شبه‌‌باکتریایی باستانی به نام آرکایی هستند که احتمالاً قدیمی‌ترین شکل حیات در زمین بوده‌اند. آرکایی احتمالاً در دوران بسیار کهن زمین یعنی حدود بین 3.5 تا 3.8 میلیارد سال پیش تکامل یافته بودند.

هالوباکتریاسی در آبهای نمکی جهان نظیر بحرالمیت زندگی می‌کند. با کشف ذخایر نمک مایع در مریخ، آنها نیز از لحاظ تئوری قابلیت زندگی در مریخ را دارند. تا الان اثبات شده که دو عضو این خانوادۀ باکتری، یعنی هالوکوس دومبروسکی و هالوباکتریوم NRC1، می‌توانند شرایط مشابه با شرایط مریخ دوام بیاورند. یک آزمایش نشان داده که آنها می‌توانند به راحتی با فشاری 6 برابر فشار استاندارد اتمسفر زمین، اتمسفری متشکل از 98 درصد دی‌اکسید کربن و دمای -60 درجه کنار بیایند و تا 6 ساعت زنده بمانند.


حال استفان لیوکو، زیست‌شناس فضایی در مرکز هوا فضای آلمان، سه آرکایی هالوفیلیک مقاوم در برابر نمک دیگر را مورد بررسی قرار داده تا بفهمد که آیا می‌توانند در برابر تشعشع فرابنفش خورشیدی‌ای به قدرت آنچه در فضا هست دوام بیاورند یا خیر. او متوجه شده که از این میان، دو اورگانیسم به نامهای هالوباکتریوم NRC1 و هالوکوکوس مورها، از گونۀ سوم به نام هالوکوکوس هاملینِنسیس، در برابر تشعشع مقاومت بسیار بیشتری دارند. حتی با وجود اینکه هر سۀ این باکتری‌ها از یک خانواده هستند.

دلیل دیگری نیز برای اینکه باور کنیم میکروبهای مقاوم در برابر نمک می‌توانند در مریخ زندگی کنند وجود دارد. شواهد جنجالی‌ای وجود دارد که نشان می‌دهد، این باکتری‌ها برای میلیونها سال در داخل کریستالهای نمکی زنده مانده‌اند.

لیوکو می‌گوید: "ما ارگانیسمهایی داریم که میتوانند برای میلیونها سال به صورت محبوس در هالیتهای نمکی سالم بمانند و شدیداً در برابر تشعشع مقاوم هستند." از آنجایی که می‌دانیم حوضچه‌های نمکی در مریخ وجود دارند، میکروبهای هالوفیلیک ظاهراً نمونۀ خوبی از سلولهایی که قابلیت زنده ماندن در مریخ را دارند هستند. لیوکو می‌گوید: "در بحث مقاومت در برابر تشعشع، مشخصاً دینوکوکوس رادیودورانس برنده است، اما این باکتری نمی‌تواند در محیطهای شدیداً نمکی دوام بیاورد. بنابراین وقتی به دنبال حیات (منقرض شده یا در حال شکل‌گیری) در سیاره‌های دیگر هستیم، به نظر من آرکایی‌ها نامزدهای خوبی هستند."

نوع دیگر از آرکایی نیز ممکن است، آنچه را که زنده ماندن در مریخ می‌طلبد دارا باشند: متانوژن‌ها. متانوژنها به جای تنفس اکسیژن از هیدروژن و کربن‌دی‌اکسید به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند و متان پس می‌دهند. نامشان هم از همینجا گرفته شده است.

متانوژنها به صورت گسترده در طبیعت وجود دارند و اغلب در محیطهای با شرایط سخت منزل می‌کنند. آنها در چشمه‌های آب گرم، حوضچه‌های نمک، دریاچه‌های اسیدی و آلکالینی و خاکهای یخ زدۀ سیبری یافت شد‌ه‌اند. آنها همچین در دستگاه گوارش احشام، موریانه‌ها و در موجودات مرده و در حال فساد نیز یافت شده‌اند.


میکروبهایی که در یخ‌بندان دائمی زندگی می‌کنند، بیش از همه مورد توجه زیست‌شناسان فضایی هستند. چرا که خاکهای دائماً یخ زدۀ توندرای قطبی شباهت زیادی به شرایطی که زیر سطح مریخ وجود دارد دارند. به شکلی که در مطالعه‌ای تازه معلوم شد که یک تکۀ غول‌آسای یخ به بزرگی کالیفرنیا و تکزاس در کنار هم، زیر سطح مریخ مابین استوا و قطب شمال این سیاره وجود دارد.

متانوژنها کاندیداهایی عالی برای زندگی در مریخ هستند. چرا که این ارگانیسم‌ها ساده برای زنده ماندن نیازی به نور، اکسیژن یا مواد غذایی ارگانیک ندارند. همان چیزهایی که در مریخ بسیار اندک یافت می‌شوند. در آزمایشی در سال 2007، گونه‌هایی از آرکایی‌های متانوژنیک در معرض شرایط شبیه‌سازی شدۀ مریخ قرار داده شدند و زنده ماندند.

حال، گروهی به سرپرستی دِرک واگنر از مرکز پژوهشهای زمین شناسی آلمان در پوتسدام، یک متانوژن نابودنشدنی دیگر به نام "متانوساکرینا سولیگلیدی" یافته‌اند که در خاکهای دائماً یخبندان جزیرۀ سامویلوف در سیبری زندگی می‌کنند. واگنر به این میکروب به خاطر شرایطی که می‌تواند تحمل کند، لقب "ابرقهرمان" داده است. میانگین دمای روزانه در سامویلوف -14.7 درجۀ سانتیگراد است، هر چند که دمای آن بعضاً به -48 درجه هم می‌رسد. این جزیره همچنین بسیار خشک است و میانگین بارش سالانه در آن تنها 190 میلیمتر است و خاک آن دائماً یخ زده است.

واگنر پیشترهم میکروبها و متانوژنهایی که در خاکهای یخ‌زده کشف زندگی می‌کنند و از سرمای شدید و بی‌آبی جان سالم به در می‌برند کشف کرده بود، اما این ابرقهرمان تقریباً نابودی‌ناپذیر است.

او این میکروب را مورد بارش اشعۀ فرابنفش خورشید و اشعۀ گاما قرار داد تا حد مقاومت آن را بسنجد. نتایج نشان داد که این باکتری به نسبت یک گونۀ دیگر از متانوژنها به نام متانوسارکینا بارکری، می‌تواند 13.8 برابر بیشتر اشعۀ فرابنفش و 46.6 برابر بیشتر اشعۀ گاما را تحمل کند. این یعنی که این میکروب می‌تواند سطح تشعشعی مشابه تشعشعی که در اوایل پیدایش به زمین می‌رسید و تشعشعاتی که در حاضر به مریخ می‌رسند را تحمل کند.

با این وجود هنوز یک پرسش باقی می‌ماند. چرا این میکروبها تا این حد سرسخت هستند. چرا اینگونه تکامل پیدا کرده‌اند تا تشعشعاتی که در مریخ معمول است، ولی در زمین به آن برنخواهند خورد را تحمل کنند؟

برای مثال، میزان تشعشع گاما در یخبندان دائمی، حدود 2 میلی‌گِرِی (گرییکای SIدوز جذبیدرفیزیک پزشکیاست.) در سال است. چیزی در حدود تشعشع ناشی از یک سی‌تی اسکن مغز و بسیار کمتر از آستانۀ مقاومت در برابر تشعشعی که برخی میکروبهایی که در این نواحی زندگی می‌کنند از خود نشان می‌دهند.

یک علت این اختلاف فاحش، به عصر میکروبها بازمی‌گردد. بسیاری از گونه‌های مقاوم در برابر تشعشع، آرکایی هستند. آرکایی‌ها یکی از قدیمی‌ترین و بدوی‌ترین گروههای ارگانیسمها هستند. آرکایی‌ها زمانی پا به عرصۀ وجود گذاشتند که زمین فاقد لایۀ اوزون بود و در معرض طیف کامل پرتوی فرابنفش منتشره از خورشید قرار داشت. تشعشع خورشیدی در آن زمان بسیار شدیدتر از امروز بود، و در نتیجه ساکنان اولیۀ زمین نیازمند سازوکارهای کنار آمدن با این موضوع بودند. و این ویژگی را حتی پس از تشکیل لایۀ اوزون نیز حفظ کردند. با این وجود، اغلب پژوهشگران اکنون معتقدند که حیات از اعماق اقیانوسها آغاز شده است. یعنی جایی که تشعشع حتی پیش از تشکیل لایۀ اوزون نیز، مشکل چندان بزرگی نبوده است.


فرضیۀ دیگر این است که پیدایش مقاومت میکروارگانیسم‌ها در مقابل تشعشع کاملاً تصادفی بوده و به تبع تطبیق یافتن آنها به شرایط سخت زمین شکل گرفته است.

واگنر می‌گوید: "در کل، ارگانیسمهایی که نسبت به یک فشار مقاوم هستند، نسبت به فشارهای دیگر هم مقاوم می‌شوند. باکتری دینوکوکوس رادیودورانس در مقابل تشعشع شدیداً مقاوم است، اما همچنین در مقابل خشک شدن هم مقاوم است. این دو ویژگی به احتمال زیاد برمبنای مکانیسمی مشابه شکل گرفته‌اند."

به بیان دیگر، کاندیداهای رفتن به مریخ یعنی دینوکوکوس رادیودورانس، هالوباکتریاسی و متانوژن‌ها، روشهای منحصر به فردی برای زنده ماندن در محیط زیست‌شان ایجاد کرده‌اند. مقاومت در برابر تشعشع، تنها یکی از محصولات فرعی این تکامل است.

اما میکروبها دقیقاً چطور خود را در برابر تشعشع حفظ می‌کنند؟

برخی از میکروارگانیسم‌های مقاوم در برابر نمک که لیوکو بر روی آنها مطالعه کرده، برای محافظت از خود در برابر تشعشع فرابنش آفتاب، خود را پنهان می‌کنند. سلولهای هالوکوکوس مورهایی دور هم جمع شده و لایه‌هایی بسیار از میکروب ایجاد می‌کنند. سلولهایی که در عمق جمع قرار می‌گیرند از تشعشع خورشیدی در امان می‌مانند، چرا که لایه‌های بالایی که به سطح نزدیکترند این تشعشع را جذب می‌کنند. از آنجایی که این میکروبها به طور طبیعی با اکسیژن اندک و در زیستگاه‌های نمکی زندگی می‌کنند، خفه نمی‌شوند.

با این وجود، آنطور که لیوکو توضیح می‌دهد، این استراتژی تنها در مورد تشعشع فرابنفش جواب می‌دهد و نه تشعشع گاما که انرژی تشعشعی بیشتری دارد و لایه‌های بالایی را شکافته و خود را به سلولهای واقع در عمق جمع می‌رساند. این به این معنی است که میکروبها می‌توانند با پنهان شدن در خاک یا یخ از تشعشع فرابنفش فرار کنند، اما همچنان در معرض خطر تشعشع گاما قرار دارند.

میکروبهای دیگر، رویکرد متفاوتی دارند. تشعشع منجر به آزاد شدن گونه‌‌های اکسیژن واکنشی می‌شود که به مواد تشکیل‌دهندۀ سلول نظیر پروتئین و دی‌ان‌ای آسیب می‌زنند. آرکایی مقاوم در برابر نمک، برای مقابله با این مشکل رنگدانه‌های صورتی‌ای به نام باکتریورودوپسین دارند که می‌توانند گونه‌‌های اکسیژن واکنشی را جارو کرده و سلول از آسیب دیدگی محافظت کنند. این باکتری‌ها ممکن است این رنگدانه‌ها را در اصل برای مقابله با گونه‌‌های اکسیژن واکنشی‌ زمانی که سلول خشک می‌شود، تولید کرده باشند. امری که برای سلولهایی که در محیطهای نمکی زندگی می‌کنند، مشکلی متداول است.

حتی اگر تشعشع و خشک شدن به دی‌ان‌ای آسیب برسانند، ظاهراً بسیاری از میکروبها قابلیت ترمیم این آسیب را دارند. یک تحقیق نشان داده است که دینوکوکوس رادیودورانس می‌تواند دی‌ان‌ای شکسته شده را به کمک پروتئین‌های ترمیم‌کننده بخیه بزند. تا زمانی که سیستم تعمیر سالم باشد، باکتری می‌تواند به حیات ادامه دهد.


میکروب دینوکوکوس رادیودورانس یک راه حل دیگر هم دارد. این میکروب چندین کپی از ژنهایش را روی کروموزوم‌های مختلف حمل می‌کند. اگر یک یا دو کپی به وسیلۀ تشعشع آسیب ببینند، سلول می‌تواند از یک کپیِ دیگر ژن استفاده کند و تا زمانی که آسیب دی‌ان‌ای را ترمیم می‌کند، زنده بماند. لیوکو دریافت که یکی از آرکایی‌های مورد مطالعه‌اش، یعنی هالوباکتریوم NRC1 نیز قابلیت دارد که به صورت فعال سلولهایش را در هنگام قرار گرفتن در معرض تشعشع ترمیم کند و واگنر باور دارد که قابلیت ترمیم دی‌ان‌ای نکتۀ اساسی در موفقیت متانوسارکینا سولیگلیدی، ابرقهرمان، است.

برخی میکروبها نمک و شکر را در داخل سلولهایشان انباشت می‌کنند تا از خود در مقابل خشک شدن محافظت کنند. این امر نیز ظاهراً از طریق جلوگیری از جدا شدن مارپیچ‌های دی‌ان‌ای، موجب محافظت در برابر تشعشع می‌شود. اینکه نمکها و شکرها چطور به این امر کمک می‌کنند مشخص نیست.

هر چند که همۀ این موارد امیدوارکننده هستند، اما لیوکو و واگنر هیچکدام واقعاً باور ندارند که هیچ یک از میکروبها واقعاً بتوانند روی سطح مریخ امروز زنده بمانند. شرایط مریخ حتی برای سرسخت‌ترین حیات‌های شکل‌گرفته در زمین نیز زیاد از حد سخت و دشوار است.


شرایط مریخ در ابتدای تاریخش بسیار مشابه زمین در آغاز راه بوده است. این سیاره اگرچه اکنون خشک و بیابانی است، اما شواهد بسیار وجود دارد که نشان می‌دهند زمانی در رودها، دریاچه‌ها و دریاها در مریخ جریان داشته‌اند. شاید حیات می‌توانست در آن زمان در مریخ شکل بگیرید و با بدتر شدن شرایط، خود را با آن تطبیق می‌داد.

واگنر می‌گوید: "اگر به شرایط محیطی در اوایل شکل گیری مریخ و زمین نگاه کنیم، این دو قابل مقایسه هستند. هر دو دماهای متوسطی داشته‌اند، روی هیچکدامشان اکسیژن نبوده، و در حالی که زمین از اقیانوسها پوشیده بوده، شواهد قوی‌ای وجود دارد که در سطح مریخ نیز آب مایع وجود داشته است."

ما می‌دانیم که حیات در چنین شرایطی روی زمین شکل گرفت و احتمالاً می‌توانست در مریخ هم شکل بگیرد. اینکه با سخت تر شدن شرایط در مریخ، چه بلای بر سر آن اشکال حیات آمده مشخص نیست. واگنر می‌گوید: "ممکن است منقرض شده باشد، اما همچنین این احتمال هم وجود دارد که در اعماق پوستۀ مریخ دفن شده باشند."