Le personnel de la Faculté de biologie de l'Université d'État Lomonosov de Moscou a simulé les conditions d'un fond de rayonnement accru en combinaison avec des températures basses, proches de celles de Mars, et a étudié la résistance des micro-organismes à celles-ci. Il s'est avéré que certaines bactéries et archées vivant dans les anciennes roches gelées de l'Arctique peuvent exister dans de telles conditions pendant jusqu'à 20 millions d'années à l'état inactif.
La température moyenne sur Mars est de -63 ° C, mais aux pôles la nuit, elle peut descendre à -145 ° C. Jusqu'à présent, on ne savait pas quelles sont les limites de la résistance des micro-organismes à des facteurs aussi extrêmes. En utilisant ces limites, les scientifiques peuvent évaluer le potentiel de préservation des micro-organismes et des biomarqueurs dans la composition de divers objets du système solaire. Ces informations sont nécessaires pour planifier des missions spatiales astrobiologiques, pour lesquelles il est important d'aborder soigneusement la sélection des objets et des régions d'étude et le développement de méthodes de détection de la vie.
Comment les microbes survivent sur Mars
Dans ce travail, les auteurs ont étudié la radiorésistance des communautés microbiennes dans les roches sédimentaires du pergélisol dans des conditions de basse température et de basse pression. Ces roches sont considérées comme l'analogue terrestre du régolithe - sol résiduel après l'altération spatiale. Les scientifiques suggèrent que la biosphère potentielle de Mars peut être préservée dans un état cryoconservé et que le principal facteur limitant la durée de sa conservation est l'accumulation des dommages causés par les radiations par les cellules. La détermination de la limite de radiorésistance des microorganismes permettra d'estimer la durée de rétention des microorganismes dans le régolithe, y compris à différentes profondeurs.
«Nous avons étudié l'effet combiné d'un certain nombre de facteurs physiques (rayonnement gamma, basse pression, basse température) sur les communautés microbiennes d'anciennes roches sédimentaires gelées de l'Arctique. Un objet naturel unique a été étudié - d'anciennes roches gelées qui n'ont pas décongelé depuis environ deux millions d'années. De manière générale, nous avons réalisé une expérience modèle qui reproduit plus pleinement les conditions de cryoconservation dans le régolithe de Mars. Il est également important que les travaux aient étudié l'effet de fortes doses de rayonnement gamma (100 kGy) sur la viabilité des procaryotes, alors que les procaryotes auparavant vivants n'étaient pas détectés lorsqu'ils étaient irradiés à des doses supérieures à 80 kGy , a déclaré l'un des auteurs de l'article, Vladimir Cheptsov, étudiant de troisième cycle au Département de biologie. Sols de la Faculté de biologie de l'Université d'État de Moscou du nom de M. V. Lomonosov. L'étude a été soutenue par la Russian Science Foundation (RSF) dans le cadre du projet Noah's Ark,ses résultats sont publiés dans la revue Extremophiles.
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Lors de la simulation de l'impact des facteurs sur les organismes, les scientifiques ont utilisé une chambre climatique originale, qui permet de maintenir une basse pression et une basse température pendant l'irradiation gamma. Les auteurs notent que les communautés microbiennes naturelles, plutôt que de pures cultures de micro-organismes, ont été utilisées comme objet modèle.
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Les communautés microbiennes étudiées ont montré une résistance élevée aux effets des conditions simulées de l'environnement martien. Après l'irradiation, le nombre total de cellules procaryotes et le nombre de cellules bactériennes métaboliquement actives sont restés au niveau de contrôle, le nombre de bactéries cultivées (bactéries qui poussent sur des milieux nutritifs) a été décuplé et le nombre de cellules archées métaboliquement actives a triplé. De plus, la diminution du nombre de cellules cultivées dans l'expérience a été causée par un changement de leur état physiologique, et non par la mort.
Cryoconservation: comment préserver la vie dans la glace
Dans un échantillon irradié de pergélisol, les scientifiques ont trouvé une grande diversité de bactéries, bien qu'après irradiation, la structure de la communauté microbienne ait changé de manière significative. En particulier, des populations d'actinobactéries du genre Arthrobacter, qui n'ont pas été détectées dans les échantillons témoins, ont commencé à prévaloir dans les communautés bactériennes après exposition aux conditions du modèle. Cela était probablement dû à une légère diminution du nombre de cellules des populations de bactéries dominantes, à la suite de laquelle les scientifiques ont pu détecter des actinobactéries du genre Arthrobacter. Les auteurs suggèrent que les bactéries de ce genre sont plus résistantes aux effets des conditions étudiées. Il y a eu également d'autres études, au cours desquelles des scientifiques ont prouvé que ces bactéries présentent une résistance assez élevée aux effets des rayons ultraviolets et des radiations,et leur ADN est bien conservé dans les anciennes roches sédimentaires gelées pendant des millions d'années.
«Les résultats de l'étude indiquent la possibilité d'une cryoconservation à long terme de micro-organismes viables dans le régolithe martien. L'intensité du rayonnement ionisant à la surface de Mars est de 0,05-0,076 Gy / an et diminue avec la profondeur. En tenant compte de l'intensité du rayonnement dans le régolithe de Mars, nos données suggèrent que les écosystèmes hypothétiques de Mars sont préservés à l'état anabiotique dans la couche de surface du régolithe (protégée des rayons UV) pendant au moins 1,3 à 2 millions d'années, à une profondeur de deux mètres - au moins 3,3 millions d'années, à une profondeur de cinq mètres - au moins 20 millions d'années. Les données obtenues peuvent également être utilisées pour évaluer la possibilité de détecter des micro-organismes viables sur d'autres objets du système solaire et à l'intérieur de petits corps dans l'espace », a ajouté le scientifique.
Conclusion
Les auteurs ont été les premiers à prouver la possibilité de survie des procaryotes lorsqu'ils sont exposés à des rayonnements ionisants à des doses supérieures à 80 kGy. Les données obtenues indiquent à la fois une sous-estimation possible de la radiorésistance des communautés microbiennes naturelles et la nécessité d'étudier l'effet synergique d'une combinaison de facteurs extraterrestres et spatiaux sur les organismes vivants et les biomolécules dans des expériences de modèles astrobiologiques.
Les travaux ont été menés en collaboration avec des scientifiques de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie russe des sciences, A. F. Ioffe RAS, Université polytechnique Peter le Grand de Saint-Pétersbourg, Université fédérale de l'Oural et B. P. Konstantinov du Centre national de recherche "Kurchatov Institute". L'étude a été soutenue par une subvention de la Fondation scientifique russe «Fondements scientifiques de la création d'une banque dépositaire nationale des systèmes vivants» (projet «L'Arche de Noé»).
Vasily Makarov
