Бактерии выживают в соленом «антифризе», что повышает шансы найти жизнь на Марсе и ледяных лунах

Новые исследования трансатлантической группы ученых говорят о том, что бактерии выживают в соленых химических веществах, которые существуют на Марсе, Энцеладе, Европе, Плутоне и возможно в других местах.

Открытие плюмов и подповерхностных океанов на спутнике Юпитера — Европе, органических материалов на Марсе и гидротермальных вентиляционных отверстий в океанах Энцелада — спутнике Сатурна, приближают человечество к открытию жизни на других планетах. Такая жизнь должна выдерживать экстремальные условия, и исследования показывают, что могут существовать различные типы бактерий, которые их выдерживают.

Жидкие океаны на некоторых телах, удаленных от Солнца, имеют более низкие точки замерзания из-за химических веществ и солей, которые составляют их структуру, поэтому микробная жизнь может выдержать такие низкие температуры. Чтобы исследовать параметры жизнеспособности микробов, ученые из Берлинского технического университета, Университет Тафтса, Имперского колледжа Лондона и Университета штата Вашингтон провели тесты с Planococcus halocryophilus — бактериями, обнаруженными в вечной мерзлоте Арктики.

Они испытывали бактерии хлоридом натрия, магния и кальция, а также раствором перхлората, который представляет собой химическое соединение, которое возможно поддерживает жидкую воду в течение лета на Марсе.

Поскольку перхлораты являются токсичными в больших концентрациях, исследователи хотели определить, насколько и в каких концентрациях они могут препятствовать живучести бактерий. Частота выживания для бактерий в перхлорате была намного ниже, чем во всех других растворах, хотя при температурах до -30 градусов по Цельсию выживаемость была немного лучше.

Хайнц объясняет, что самая низкая депрессия точки замерзания — степень, в которой растворенное вещество может снизить температуру замораживания раствора — для перхлората требуется примерно 50 процентов массы всего раствора, что невероятно высоко по сравнению с понижением температуры замерзания других хлоридов. Учитывая его токсичность, низкая живучесть бактерий в концентрированных растворах перхлората не вызывает удивления.

Означает ли это, что Марс не может быть микробной жизни? По Хайнцу, жизнь по-прежнему существует. Наличие перхлората «не исключает жизнь на Марсе или в других местах», — говорит он. «Бактерии в десятипроцентном растворе перхлората могут расти».

Поверхностная почва Марса содержит менее одного массового процента перхлората, но Хайнц указывает, что концентрации соли в растворах отличаются от концентрации в почве.

Тереза Фишер, доктор философии из Школы изучения Земли и космоса Аризонского государственного университета, который фокусируется на микробной экологии и планетарной обитаемости, соглашается с тем, что результаты исследования не исключают выживания бактерий на Марсе — на самом деле, возможно, наоборот.

Фишер рассказывает, что такие места, как пустыня Атакама (самая суровая окружающая среда в нашем мире) в Чили и части Антарктиды имеют относительно высокий уровень перхлората, говорит Фишер.

«Я была бы удивлена, если бы микробы не разработали способ справиться с этой токсичностью», — говорит она.

Как правило, более холодные температуры повышают живучесть микроорганизмов, но температура не является решающим фактором — тип микроба и состав химического раствора также определяют пятно выживаемости.

Исследователи обнаружили, что бактерии в растворе хлорида натрия (NaCl) погибали в течение двух недель при комнатной температуре. При четырех градусах Цельсия выживание увеличилось, и когда температура достигла -15 градусов по Цельсию, почти все бактерии выжили. NaCl имеет более высокую температуру замерзания (-21 градусов Цельсия), чем другие соли; бактерии в растворах магния и хлорида кальция имели высокую выживаемость при -30 градусов по Цельсию.

Это неудивительно, потому что «все реакции, в том числе те, которые убивают клетки, происходят медленнее при более низких температурах, — говорит Хайнц, — но выживаемость бактерий не сильно увеличилась при более низких температурах в растворе перхлората, тогда как более низкие температуры в растворах хлорида кальция привело к заметному увеличению живучести».

Результаты также варьировались между тремя более обычными солевыми растворителями. Бактерии в хлориде кальция (CaCl2) имели значительно более низкую выживаемость, чем в хлориде натрия (NaCl) и хлориде магния (MgCl2) в диапазоне от 4 до 25 градусов Цельсия, но более низкие температуры повышали выживаемость во всех трех случаях.

Исследователи подвергли бактерии многочисленным циклам замораживания / оттаивания от 25 градусов по Цельсию до -50 градусов по Цельсию. Марс может претерпеть некоторые довольно резкие изменения температуры поверхности, как суточные, так и сезонные, в зависимости от местоположения на планете, говорит Хайнц. Средняя температура на Марсе составляет примерно -60 градусов по Цельсию, при этом температура на полюсах падает до -125 градусов по Цельсию. Следовательно, бактерии должны выдерживать экстремальные колебания, чтобы выжить.

Как правило, солевые растворы улучшают показатели выживаемости при заморозке / оттаивании.

По словам Фишера, «бактерии, когда подвергаются стрессу, производят конкретные белки, которые помогают им выживать и справляться с вредными средами».

Добавление 10-процентного хлорида натрия уменьшило уровень микробной смертности с 20 до 7 процентов и увеличило количество циклов замораживания / оттаивания, которые бактерии могли выдержать от 70 до 200. Бактерии производят стабилизирующие белки в качестве отклика на суровые условия», объясняет Фишер.

Хотя исследование дает представление о возможностях внеземных микробов, Хайнц подчеркивает разницу между выживанием и процветанием. Просто потому, что бактерии существуют в определенных условиях, это не значит, что они действительно размножаются. Хайнц в настоящее время работает над другим исследованием, чтобы определить, как различные концентрации солей в разных температурах влияют на распространение бактерий.

«Выживание и рост — это действительно важное различие, — утверждает Фишер, — но жизнь все еще удивляет нас. Некоторые бактерии могут не только выживать при низких температурах, но и процветают. Мы должны стараться быть объективными, предполагая, что необходимо для того, чтобы организм процветал, а не просто выживал».

Источники: https://phys.org/news/2018-07-bacterial-survival-salty-antifreeze-life.html