Ученые потрясены тем, что мох выжил в открытом космосе в течение 9 месяцев
Исследователи обнаружили, что споры мха могут выживать почти год, находясь под прямым воздействием космической среды.
Несмотря на интенсивное ультрафиолетовое излучение и перепады температуры, большинство спор остались жизнеспособными после возвращения на Землю. Их защитная оболочка действует как естественный щит, обеспечивая устойчивость, которую даже ученые не ожидали. Эти результаты открывают возможности для использования выносливых растений в будущем внеземном сельском хозяйстве.
Устойчивость мха от Земли до космоса
Мохи известны своей способностью процветать в самых суровых местах на планете, от высоких горных хребтов, таких как Гималаи, до жаркой местности Долины Смерти, а также замерзшей антарктической тундры и даже охлаждающихся поверхностей действующих вулканов. Их замечательная выносливость вдохновила исследователей на отправку спорофитов мха, которые являются репродуктивными структурами, содержащими споры, в, пожалуй, самую негостеприимную среду из всех: космическое пространство. Исследование, опубликованное сегодня (20 ноября) в журнале iScience, показало, что более 80% спор выдержали 9 месяцев вне Международной космической станции (МКС) и вернулись на Землю, сохранив способность к размножению. Это первый задокументированный случай, когда раннее наземное растение выжило после длительного прямого воздействия космической среды.
«Большинство живых организмов, включая человека, не могут выжить даже в течение короткого времени в вакууме космоса», — говорит ведущий автор исследования Томомичи Фудзита из Университета Хоккайдо. «Однако споры мха сохранили свою жизнеспособность после девяти месяцев прямого воздействия. Это является ярким доказательством того, что жизнь, которая развилась на Земле, обладает на клеточном уровне внутренними механизмами, позволяющими выдерживать условия космоса».
Фудзита впервые задумался о том, чтобы испытать мох в космосе, когда изучал эволюцию и развитие растений. Мохи казались исключительно способными приживаться в местах, которые представляют собой вызов для большинства форм жизни. «Я начал задаваться вопросом: может ли это маленькое, но удивительно выносливое растение выжить и в космосе?»
Радикальный вопрос: может ли мох выжить в космосе?
Чтобы ответить на этот вопрос, Фудзита и его коллеги подвергли Physcomitrium patens, также известный как распространенный земляной мох, воздействию имитированной космической среды, включающей интенсивное ультрафиолетовое излучение, экстремальные перепады температуры и вакуумное давление.
Команда сравнила выживаемость трех структур мха: протенем (молодой мох), брудовые клетки (специализированные стволовые клетки, которые образуются во время стресса) и спорофиты (капсулированные споры). Их цель состояла в том, чтобы определить, какая форма обладает наибольшей устойчивостью в условиях, подобных космическим.
Испытание структур мха в экстремальных условиях
«Мы предполагали, что совокупность космических стрессов, включая вакуум, космическое излучение, экстремальные колебания температуры и микрогравитацию, нанесет гораздо больший ущерб, чем любой отдельный стресс», — говорит Фудзита.
Их результаты показали, что ультрафиолетовое излучение было наиболее разрушительным фактором. Спорофиты были значительно более устойчивы, чем другие формы. Молодой мох погибал под воздействием сильного ультрафиолетового излучения и экстремальных температур, в то время как брудовые клетки показали несколько лучшие результаты. Однако споры внутри спорофитов продемонстрировали в 1000 раз большую устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Они также оставались жизнеспособными после выдерживания температуры −196 °C в течение более недели и после месяца пребывания при температуре 55 °C.
Спорофиты демонстрируют исключительную устойчивость к ультрафиолетовому излучению и температурным перепадам
Исследователи полагают, что защитная оболочка вокруг каждой споры защищает ее, поглощая ультрафиолетовое излучение и создавая как физическую, так и химическую защиту для споры внутри. Они предполагают, что эта адаптация, вероятно, помогла ранним бриофитам — группе растений, к которой относятся мхи — перейти из водной среды обитания на сушу около 500 миллионов лет назад, что позволило им пережить несколько массовых вымираний в истории Земли.
Чтобы определить, выдержит ли эта естественная защита реальные условия космоса, команда запустила спорофиты за пределы атмосферы Земли.
Запуск мха за пределы стратосферы
В марте 2022 года сотни спорофитов отправились на МКС на борту космического корабля Cygnus NG-17. Космонавты установили образцы на внешней поверхности станции, подвергнув их воздействию открытого космоса в течение 283 дней. Позже образцы вернулись на Землю на SpaceX CRS-16 в январе 2023 года и были доставлены в лабораторию для исследования.
«Мы ожидали, что выживаемость будет практически нулевой, но результат оказался противоположным: большинство спор выжило», — говорит Фудзита. «Мы были искренне удивлены необычайной стойкостью этих крошечных растительных клеток».
Поразительные результаты выживаемости с МКС
Более 80 % спор пережили всю поездку, и все, кроме 11 % выживших, проросли после возвращения в лабораторию. Тесты на уровень хлорофилла показали нормальные показатели почти для всех пигментов, за исключением 20-процентного снижения хлорофилла а — светочувствительного соединения, — однако это снижение, по-видимому, не повлияло на здоровье спор.
«Это исследование демонстрирует удивительную жизнестойкость жизни, зародившейся на Земле», — говорит Фудзита.
Задаваясь вопросом, как долго споры могли бы прожить после 9-месячного воздействия, исследователи использовали свои данные для построения математической модели. По их оценкам, споры потенциально могли бы выжить до 5600 дней, или примерно 15 лет, в аналогичных космических условиях. Они подчеркнули, что это только предварительные расчеты и что для уточнения этих прогнозов потребуются дополнительные эксперименты с более крупными выборками.
Команда надеется, что их открытия стимулируют будущие исследования по изучению того, как внеземные почвы могут способствовать росту растений, и вызовут интерес к использованию мхов для создания устойчивых сельскохозяйственных систем за пределами Земли.
На пути к будущим внеземным экосистемам
«В конечном итоге мы надеемся, что эта работа откроет новые горизонты для создания экосистем во внеземных средах, таких как Луна и Марс», — говорит Фудзита. «Я надеюсь, что наши исследования мхов послужат отправной точкой».
