یک قارچ سیاه که معمولاً در محیطهای مرطوب مانند حمام رشد میکند و پیش از این نیز در ایستگاه فضایی بینالمللی (ISS) شناسایی شده بود، در مطالعه جدید ناسا (NASA) پیرامون سنجش بقا در شرایط کره ماه، به عنوان سرسختترین ارگانیسم زنده شناخته شد. این قارچ حتی توانست عملکردی بهتر از نوعی باکتری مشهور به عنوان مقاومترین موجود زنده زمین در برابر تشعشعات از خود به نمایش بگذارد.
به گزارش واضح به نقل از ساینس ادونسز و ناسا، یک مدلسازی پیشرفته نشان داده است که در پناه سایههای موجود در قطب جنوب ماه، ریزموجودات زمینی میتوانند تا چندین روز زنده و پایدار باقی بمانند. در این میان، قارچ آسپرژیلوس نایجر (Aspergillus niger) بالاترین میزان مقاومت در برابر پرتوهای فرابنفش (UV) را ثبت کرد؛ هرچند دانشمندان تأکید میکنند که این بقای موقت به معنای رشد و تکثیر فعال در ماه نیست.
کپکهای خانگی توانایی گسترش در سطح ماه را ندارند؛ چراکه در آنجا بارانی نمیبارد، هوای قابل تنفسی وجود ندارد و آب مایع پایداری یافت نمیشود. با این حال، اسپورها (هاگهای) منتقلشده از زمین ممکن است به آن سرعتی که پیشبینی میشد، از بین نروند. این پژوهش جدید به سرپرستی ناسا، پناهگاههای بسیار کوچکی را در قطب جنوب قمر زمین نقشهبرداری کرده است که در آنها میکروبهای همراه انسان میتوانند ساختار زیستی خود را حفظ کنند.
مزیت بزرگ Aspergillus niger در مقاومت فوقالعادهاش در برابر اشعه فرابنفش بود؛ به طوری که حتی از باکتری دینوکوکوس رادیودورانس (Deinococcus radiodurans) که همواره به عنوان معیار استاندارد سنجش سرسختی بیولوژیکی شناخته میشود نیز فراتر رفت. دانشمندان در این پژوهش قارچ زندهای را به ماه نفرستادند، بلکه دادههای آزمایشگاهی را با مدلسازیهای دقیق زاویه نور خورشید، دما و ناهمواریهای سطح ماه ترکیب کردند تا مشخص شود سلولهای غیرفعال تا چه مدت میتوانند در این شرایط دوام بیاورند.
شبیهسازی بقا در ماه؛ مدلی محاسباتی نه یک ظرف پتری روی سطح قمر
این مطالعه که در ژورنال معتبر Science Advances منتشر شده، به سرپرستی پرابال ساکسنا (Prabal Saxena)، دانشمند علوم سیارهای در مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا انجام گرفته است. هدف این پروژه کاملاً کاربردی بود: اگر فضانوردان مأموریتهای آتی یا فضاپیماها میکروبهای زمینی را به قطب جنوب ماه منتقل کنند، کدام بخشهای سطح ماه بلافاصله باعث نابودی آنها نمیشوند؟
تیم تحقیقاتی سه منطقه اصلی از مقاصد احتمالی فرود کاوشگران را مورد ارزیابی قرار داد:
- لبه دهانه نوبیل (Nobile Rim)
- خطالرأس اتصالدهنده (Connecting Ridge)
- لبه دهانه دو گرلاش (De Gerlache Rim)
پژوهشگران اطلاعات توپوگرافی و دمایی ثبتشده توسط مدارگرد شناسایی ماه (LRO) را با مدل نحوه تابش پرتوهای فرابنفش خورشیدی ادغام کردند. سپس محدودیتهای بقای ثبتشده در آزمایشهای میکروبیولوژی قبلی را اعمال کرده و مشخصات مقاومت هر موجود زنده را با حداکثر دمای پیشبینیشده و دوز تجمعی پرتوهای فرابنفش تطبیق دادند. نقشههای بهدستآمده، مدلهایی پیشبینیشده بر اساس سنجش از دور و شرایط آزمایشگاهی هستند و عواملی نظیر گردوغبار واقعی ماه، خلأ مطلق و تجمع متراکم سلولها میتوانند نتایج میدانی را تغییر دهند.
مقایسه میکروبهای خانگی با مقاومترین گونههای زمین
پژوهشگران ارگانیسمهایی را انتخاب کردند که با بدن انسان، محیط داخلی فضاپیماها یا آزمایشهای پیشین زیستشناسی فضایی در ارتباط بودند؛ از جمله باکتریهای باسیلوس سوبتیلیس (Bacillus subtilis)، استافیلوکوکوس اورئوس (Staphylococcus aureus)، باکتری سرسخت Deinococcus radiodurans، قارچ Aspergillus niger و چند گونه از قارچهای جنس فیوزاریوم (Fusarium).
باکتری دینوکوکوس رادیودورانس به عنوان مدعی اصلی شناخته میشد؛ ارگانیسمی که قادر است آسیبهای شدید DNA را ترمیم کند و در برابر دوزهایی از تابش یونیزان که برای بیشتر موجودات مرگبار است مقاومت نشان دهد. دستههایی از این باکتری حتی سالها در محیط بیرونی ایستگاه فضایی بینالمللی زنده ماندهاند. در نقطه مقابل، قارچ سیاه از محیطهای آشناتری مانند درز کاشیهای حمام و سیستمهای تهویه مطبوع میآید؛ هرچند نمونههایی از آن در داخل ایستگاه فضایی نیز جمعآوری شده بود.
پیروزی قارچ سیاه در رقابت مقاومت در برابر اشعه فرابنفش (UV-C)
دلیل اصلی دوام حیرتانگیز این قارچ، ساختار هاگهای آن است. اسپورهای قارچ آسپرژیلوس نایجر دارای دیوارههای سلولی ضخیم، رنگدانههای ملانین تیره و فعالیت متابولیکی بسیار ناچیز هستند که از آنها در برابر خشکی شدید و تنشهای محیطی محافظت میکند.
در یک آزمایش آزمایشگاهی برای سنجش مقاومت در برابر تشعشعات فضایی، هاگها در معرض پرتوهای ایکس، یونهای هلیوم، آهن و اشعه فرابنفش خورشیدی نوع C (UV-C) قرار گرفتند:
- دوز کشنده LD90 قارچ سیاه (A. niger): برای غیرفعال کردن ۹۰ درصد هاگها به ۱۰۳۸ ژول بر متر مربع تابش UV-C نیاز بود.
- دوز کشنده LD90 باکتری رادیودورانس (D. radiodurans): معادل ۶۶۰ ژول بر متر مربع ثبت شد.
- دوز کشنده LD90 باکتری باسیلوس (B. subtilis): تنها ۱۰۰ ژول بر متر مربع بود.
اگرچه دینوکوکوس همچنان قهرمان مقاومت در برابر تابشهای یونیزان است، اما در سطح ماه عامل اصلی نابودی میکروبها پرتوهای فرابنفش خورشیدی است و در این زمینه، قارچ سیاه خانگی سرسختترین بازمانده شناخته شد.
تبدیل سایههای کوچک به پناهگاههای زیستی در قطب ماه
محور گردش ماه تنها ۱.۵ درجه انحراف دارد؛ به این معنی که خورشید در نواحی قطبی همواره بسیار نزدیک به افق باقی میماند و صخرهها و دیوارههای دهانهها سایههای بسیار طویل و کشیدهای ایجاد میکنند. حتی یک سنگ کوچک، شیار چرخ ماهنورد یا جای پای فضانوردان میتواند میزان دوز فرابنفش مستقیم ورودی را به شدت کاهش دهد.
پژوهشگران برای شبیهسازی این ویژگی هندسی از فناوری ردیابی پرتو (Ray Tracing) در کنار دادههای ارتفاعسنجی لیزری استفاده کردند. نتایج دانشگاه مریلند نشان داد که قارچ سیاه میتواند در ۱۵ تا ۳۰ درصد از مناطقی که در زمستان ماه اندکی نور خورشید دریافت میکنند، زنده بماند و در حدود ۳ درصد از این مناطق نقشهبرداریشده، بقای خود را تا حداقل ۷ روز حفظ کند. در مناطق سایهدار دائمی لبه دهانه گرلاش، تقریباً تمامی گونههای بررسیشده قادر به دوام آوردن بودند.
تفاوت بقای زیستی با رشد و تکثیر ارگانیسمها
یک هاگ زنده میتواند در حالت خاموشی متابولیکی کامل قرار گیرد. در چارچوب این مطالعه، بقا به معنای حفظ توان زیستی برای حداقل یک روز زمینی و در برخی نقاط تا یک هفته است، نه به معنای فعالیت زیستی فعال. این وضعیت به عنوان حیات معلق (Cryptobiosis) شناخته میشود؛ حالتی که موجود زنده تا زمان بهبود شرایط محیطی بدون تغییر باقی میماند.
اگر این هاگها به محیطی گرم، مرطوب و همراه با اکسیژن (مانند داخل پایگاه زیستی فضانوردان) منتقل شوند، ممکن است دوباره جوانه بزنند؛ اما در سطح برهنه ماه به دلیل فقدان اتمسفر غلیظ، نوسانات شدید دمایی و نبود آب مایع، هیچ بستری برای رشد، تغذیه یا تولیدمثل آنها وجود ندارد.
خطر آلودگی زیستی و مخدوش شدن دادههای علمی در مأموریتهای آرتمیس
بدن انسان همواره حامل و منتشرکننده انواع میکروبها است. لباسهای فضایی، هوابندها، ماژولهای سکونتی و ابزارها حتی با شدیدترین پروتکلهای گندزدایی نیز مقادیری از مواد بیولوژیکی را با خود حمل میکنند. فضاپیماهای رباتیک را میتوان با حرارت شدید کاملاً استریل کرد، اما تجهیزات مربوط به فضانوردان را نمیتوان به همان میزان پاکسازی نمود.
اگر این سلولها در سایههای سرد قطبی ماه پایدار بمانند، ابزارهای اکتشافی آینده ممکن است مواد منتقلشده از زمین را شناسایی کرده و آنها را با ساختارهای باستانی یا نشانههای زیستی واقعی ماه اشتباه بگیرند. ارزش علمی قطب جنوب ماه به این دلیل است که یخهای باستانی در دهانههای تاریک آن، سوابقی از تاریخچه آب، ترکیبات آلی و برخوردهای باستانی منظومه شمسی را حفظ کردهاند.
در نهایت، پژوهشگران تأکید دارند که این مطالعه قطب جنوب ماه را به یک زیستگاه میکروبی تبدیل نمیکند، بلکه زمان لازم برای نابودی زیستی آلودگیها را تغییر میدهد. در محیط خشن ماه، تفاوت میان استریل شدن فوری و بقای چند روزه یک میکروب میتواند تنها به اندازه عمق سایه درون رد پای چکمه یک فضانورد باشد.