دو آزمایش زیست‌شناسی فضایی در یک ماموریت

0 0 0 0

توسط نیلوفر فشنگ‌ساز , 15 فوریه 2015

پیش از انجام ماموریت‌های پرهزینه‌ی فضایی، آزمایش‌های شبیه‌سازی مشابه در مؤسسات تحقیقاتی انجام می‌پذیرد تا هم جواب‌های احتمالی دقیقا ارزیابی شوند و هم در هزینه‌ها صرفه‌جویی شود. بررسی میکروب‌ها در شرایط شبیه‌سازی فضایی از قبیل ریزجاذبه، پرتوهای یونیزان، خلأ و غیره، برای شناخت دامنه‌ی تحمل حیات نسبت به شرایط حدی فضایی بسیار مفید است. در همین راستا ماموریت‌های واقعی «اکسپوز»^۱ طراحی شده‌اند که در سال ۱۳۸۷ به ایستگاه فضایی بین‌المللی فرستاده شدند.

شکل ۱. نمایی از اکسپوز-آر که یکی از ماموریت‌های مربوط به اخترزیست‌شناسی است.

ماموریت‌های اکسپوز طوری طراحی و تعبیه شده‌اند که در بخش بیرونی ایستگاه فضایی بین‌المللی سوار شده تا نمونه‌های شیمیایی و زیستی را در معرض شرایط دشوار فضایی قرار دهد و آزمایش‌های فضایی متعددی بر آن‌ها انجام گیرد. در ماموریت خاص اکسپوز-آر۲ (شکل ۱)، دو آزمایش فضایی «باس»^۲ و «بیومکس»^۳ بررسی شده‌اند. این دو آزمایش در مرداد ماه ۱۳۹۳ در جایگاه مخصوص خود در ایستگاه فضایی قرار گرفتند. آن‌چه که در باس قرار است بررسی شود میکروارگانیسم‌هایی هستند که همانند بیوفیلم‌‌ها^۴ رشد می‌کنند. بنابراین آن‌ها در مواد پلیمری خارج سلولی‌ که خود تولید کرده‌اند جاسازی شده‌اند. این نوع از میکروارگانیسم‌ها نسبت به هم‌نوعان پلانکتونی‌شان^۵ در برابر شرایط فضایی و مریخی پایدارترند. بیوفیلم‌های میکروبی متنوعی برای این آزمایش‌ها تکوین یافته‌اند. یکی از مهم‌ترین میکروارگانیسم‌های این آزمایش‌ها Chroococcidiopsis است (شکل ۲) که از بیابان‌های داغ و سرد زمین جدا شده است. مقصود اولیه‌ی آزمایش بیومکس ارزیابی دامنه‌ی تحمل و حفظ پایداری‌ مولکول‌های زیستی در شرایط فضایی و شبه مریخ است. بنابراین تنوع رنگ‌دانه‌ها و ترکیبات سلولی آن باکتری بررسی می‌شوند تا پایگاه داده‌ای از «ردپای حیات» بنا شود. هدف دومین آزمایش، یعنی بیومکس، بررسی تحمل و پایداری اکستریموفایل‌ها^۶ (با تمرکز روی درهم‌کنش آن‌ها) با مواد معدنی مشابه در مریخ و ماه است. نتایج به‌دست‌آمده در مورد سویه‌ی بیابانی Chroococcidiopsis از نخستین بررسی‌های آزمایشگاهی از قبیل شرایط خلا، جو مریخ، پرتوهای UVC^۷ و چرخه‌های افراطی دما، بیان می‌داشت که بیوفیلم‌های خشکیده نسبت به سبک زندگی پلانکتونی افزیش بقا از خود نشان داده‌اند. علاوه بر این، حفاظتی که از طریق مواد معدنی مشابه مریخ برای غشای Chroococcidiopsis در برابر پرتوهای UVC فراهم شده بود باعث پایداری بیشتر این سیانوباکتر در شرایط فرازمینی شده است.

در واقع، آن‌ها را با سنگ‌هایی مشابه سطح ماه و مریخ ترکیب کرده‌اند. سنگ‌های مشابه مریخ که در این آزمایش از آن‌ها استفاده شده است، ورقه‌های سیلیکاتی و خاک سولفاتیکی هستند. خاک سولفاتیکی منعکس‌کننده دو دوره‌ی تکاملی با تغییرات محیطی روی مریخ است. در واقع با این آزمایش‌ها می‌توان به مقاومت حیات پی برد. این آزمایش‌ها هم‌چنین در به شناخت نظریه‌ی لیتوپانسپرمیا^۸ و از طرف دیگر به ایجاد پایگاه داده‌ای از ردپای حیات بر مبنی شناسایی طیف‌سنجی مولکول‌های زیستی کمک خواهند کرد.

شکل ۲: تصویری از Chroococcidiopsis.

علت استفاده‌ی این باکتری در آزمایش‌های باس و بیومکس این است که، در عین این‌که این باکتری یک خشکزی فوتوسنتزکننده است، پروکاریوتی مقاوم به پرتو نیز هست و می‌تواند شرایط بیابان‌های خشک زمین، از قبیل صحرای آتاکاما در شیلی و دره‌های خشک جنوبگان را به خوبی تحمل کند. درباره‌ی قدرت تحمل این باکتری‌ها در وضعیت خشکی و پرتویی باید اشاره کرد که آن‌ها توانایی تحمل پانزده هزار گری^۹ پرتوگیری و ۴ سال زندگی در خشکی را دارند. هم‌چنین در محیط خشک، این سیانوباکتر به مدت ده دقیقه سیلان پرتوهای فرابنفش مریخ را تحمل کرده است.

برای سنجش قدرت دوام این میکروارگانیسم، شرایط آزمایشگاهی و شبیه‌سازی زیر را بر آن اعمال کرده‌اند تا اثر آن را روی ژنوم و دستگاه فوتوسنتز پیدا کنند: شرایط خلا (^۵-۱۰ پاسکال)، جو مریخ (۱٫۶% آرگون، ۰٫۱۵% اکسیژن، ۲٫۷% نیتروژن، ۹۵٫۵۵% دی‌اکسیدکربن و ppm^۱۰ 370 آب)، سیکل دما (۱۰- تا ۴۵ درجه‌ی سانتی‌گراد) و دمای افراطی (۲۵ تا ۶۰ درجه‌ی سانتی‌گراد) و پرتوهای فرابنفش (تا ۱۰,۰۰۰ J/m²).

خلاصه‌ای از ویژگی‌های این آزمایش در جدول زیر آمده است:

نتیجه‌ی این آزمایش‌ها بعد از قرارگیری در معرض شرایط حدی فضایی از جمله پرتوهای یونیزان فرابنفش چنین بود: در مورد آزمایش باس، محققان شاهد درستی ژنومیک DNA و رنگ‌دانه‌های فوتوسنتزی در بیوفیلم‌های Chroococcidiopsis بودند. در واقع در مورد نمونه‌های بیوفیلمی می‌توان گفت که آن‌ها تا دوز J/m² 1000 پرتوی یونیزان، تفاوت چندانی در زنده‌مانی نداشتند اما در دوز J/m² 10000 کاهش قابل توجهی داشتند. در مورد نمونه‌های پلانکتونی داستان به گونه‌ی دیگری پیش رفت. در واقع آن‌ها در دوزهای بالاتر از ۱۰۰ J/m² کاهش شدید را از خود نشان دادند به طوری که در ۱۰۰۰۰ J/m² تقریبا نمونه‌ی زنده‌ای یافت نشد. این رویداد تصدیق‌کننده‌ی واقعیت مزایای زندگی به صورت بیوفیلم در مواجهه با شرایط افراطی است. بیوفیلم‌های میکروبی از کهن‌ترین نشانه‌های حیات در زمین هستند حتی ممکن است اولین نشانه‌هایی باشند که در دیگر سیاره‌ها یا قمرهای منظومه‌شمسی پیدا کنیم (شکل ۳ را ببینید).

شکل ۳: تصویری از یک بیوفیلم ایجادشده.

در مورد بیومکس، بقای ژنومیک DNA و رنگدانه‌های فوتوسنتزی در Chroococcidiopsis مخلوط شده با خاکی مشابه سولفاتاریک مریخ بدین شکل گزارش شدند: سلول‌هایی که با خاکی مشابه خاک سولفاتاریک مریخ مخلوط بودند و تا یک ساعت در معرض پرتوهای یونیزان فرابنفش قرار گرفتند زنده ماندند، اما بعد از ۷ روز تقریبا هیچ خبری از آن‌ها نبود.

نتیجه‌گیری

نتایج نخستین این آزمایش در چهارچوب ماموریت اکسپوز-آر۲ پیشنهاد می‌کرد که Chroococcidiopsis خشک‌شده می‌تواند شرایط خلا، جو مریخ، پرتوهای UVC، و چرخه‌ی دمایی را تحمل کند. علاوه بر این، بیوفیلم‌ها بقای بهتری را در مقایسه با زندگی پلانکتونی نشان دادند. هم‌چنین حفاظتی که با خاک شبیه‌سازی مریخ در برابر پرتوهای فرابنفش از این سیانوباکتر فراهم شد، پشتیبان تئوری لیتوپانسپرمیا است.