Возрождение магнитотактических бактерий в астробиологии
Магнитотактические бактерии (MTB) могут формировать магнитофоссилии — магнитные нанокристаллы, подобные найденным в марсианском метеорите ALH84001. Этот метеорит сыграл ключевую роль в астробиологии в начале 90-х. После периода спада интереса, новый всплеск исследований образования магнитосом привел к ренессансу изучения MTB в астробиологии.
Эти бактерии обнаружены в естественных экстремальных условиях с широким диапазоном солености, температуры и pH. Некоторые популяции MTB способны выживать в смоделированных внеземных условиях, используя простые неорганические соединения, такие как сульфат и нитрат. Эти микроорганизмы рассматриваются как модель потенциально древней марсианской жизни, если она когда-либо существовала в форме магнитотактических микроорганизмов.
В новом отчете в The ISME Journal Цзяньсюнь Шэнь и команда ученых из США, Великобритании и Китая обобщили несколько типичных биосигнатур, применимых для обнаружения древних MTB на Земле и их внеземных аналогов.
Такие формы жизни можно доставлять на космические станции и в симуляционные камеры для изучения их устойчивости и уникальных биосигнатур, что поможет понять эволюцию MTB и их потенциал в качестве внеземного биомаркера.
Происхождение MTB и их возможное присутствие на Марсе
Метеорит Allan Hills 84001, обнаруженный в Антарктиде в 1984 году, в 1996 году показал признаки потенциальной реликтовой биогенной активности. Он содержал микроскопические карбонатные частицы с нанокристаллическим магнетитом, чьи химические и физические свойства схожи с магнитосомами MTB.
Эти микроорганизмы обладают жгутиковой подвижностью, позволяющей мигрировать вдоль силовых линий магнитного поля. Магнитосомы — это мембраносвязанные кристаллы магнетита или грейгита. Их происхождение указывает, что они могут быть одними из древнейших прокариот на Земле.
Внутриклеточные железоминеральные частицы MTB хорошо сохраняются в геологической летописи как магнитофоссилии. Бактерии демонстрируют разнообразие фенотипов для выживания в широком спектре условий, аналогичных планетарным. Как первые магниточувствительные и биоминерализующие организмы, они, предположительно, эволюционировали на архейской Земле. Из-за сходства Марса и ранней Земли, возникновение MTB-подобной жизни на Марсе является интригующей возможностью.
Устойчивость MTB к стрессу для выживания при межпланетных перелетах
MTB обитают в широком диапазоне условий, демонстрируя различную чувствительность к стрессовым факторам, питательным веществам и уровням кислорода. Они могут переносить естественные экстремальные среды: высокую соленость, экстремальный pH, экстремальные температуры и условия, подобные марсианским, на Земле.
Например, штамм Magnetospirillum gryphiswaldense выживал после часового воздействия условий ближнего космоса, что демонстрирует способность MTB переносить межпланетные путешествия — как с Земли на другие небесные тела, так и, гипотетически, с других источников на до-биотическую Землю.
Выживание в смоделированных экстремальных средах
Команда исследовала возможность воссоздания экстремальных условий в лаборатории для регулирования и изучения ключевых факторов. Они проанализировали:
Радиационную устойчивость
Гипомагнитное поле
Среды с низкой гравитацией
Стресс от тяжелых металлов
Результаты показали способность MTB выдерживать среды, богатые тяжелыми металлами, и другие смоделированные условия.
Ученые использовали морфологические микроструктуры в качестве биосигнатур для идентификации магнитосомоподобных наноструктур, благоприятных для магнитотактической жизни и сохранения магнитофоссилий.
В поиске ключевых факторов биосигнатур MTB-типа они изучили:
Морфологические биосигнатуры
Магнитные биосигнатуры
Изотопные биосигнатуры
Биогеохимические биосигнатуры и биосигнатуры следовых элементов
Биосигнатуры фаговой инфекции (указывающие на потенциальное сосуществование вирусов с организмами в истории жизни на Земле).
Перспективы
Таким образом, изучение магнитотактических экстремофилов помогает понять потенциальные формы жизни на ранней Земле и других небесных телах с сильными магнитными полями и водными средами.
Команда предлагает доставить несколько штаммов MTB в космические среды на борту космической станции "Тяньгун", МКС или в наземные симуляционные камеры, чтобы изучить их выживаемость в марсианских или иных внеземных условиях. Ученые также предлагают провести ряд дополнительных экспериментов в области биогеомагнетизма, интегрируя передовое научное оборудование.