Марс — это агрессивная планета. Расстояние от Солнца делает её холодной и безжизненной – средняя дневная температура на ней равна примерно -60 °С и падает до – 126 °C зимой вблизи полюсов.

Более того, тонкая атмосфера Марса делает планету подверженной интенсивному облучению, способному разрушить всякую жизнь.

И там мало кислорода. В действительности 95% атмосферы состоит из углекислого газа.

Однако ученые считают, что горстка простых одноклеточных существ, встречающихся в некоторых самых экстремальных местах на Земле – к примеру, в сернистых озерах и вечной мерзлоте, может иметь всё необходимое для выживания на Красной планете.

Для отбора кандидатов, астробиологи повторяют Марсианские условия в лаборатории, подвергая организмы воздействию гамма- и УФ-излучений, и замораживают их, чтобы увидеть, выживут ли они. Некоторые микробы даже были отправлены на Международную космическую станцию, чтобы наверняка проверить, как они справятся вовне нашей планеты.

В результате у исследователей теперь есть список потенциальных кандидатов, которые могли бы выжить на Красной планете при температурах заметно ниже 0, в разреженной атмосфере и под воздействием интенсивного солнечного излучения. Итак, кто же эти кандидаты?

Самый очевидный возможный марсианин — это Deinococcus radiodurans, бактерия, которая является самым устойчивым к радиации существом из всех найденных на данный момент. Вид прозван «Конан-бактерией» за свою выносливость. Практически неразрушимый микроб может перенести дозы ионизирующего изучения в тысячи раз большие по сравнению с теми, что могут убить человека.

Бактерию также не расстраивают и экстремально низкие температуры. Ученые охлаждали D. radiodurans до -79 °C, средней температуры в средних широтах Марса. Затем они облучили клетки гамма-излучением, чтобы имитировать дозу, получаемую при жизни под тридцатисантиметровым слоем марсианского грунта в течение длительного периода времени. Существа были настолько выносливы, что исследователи подсчитали, потребуется 1,2 миллиона лет в этих условиях для сокращения популяции бактерий в миллион раз от её начального размера.

Еще один претендент что хорошо подходит для жизни на Марсе – это галобактерии. Эти микробы являются примерами древних существ, называемых археями, которые, вероятно, одни из самых старых форм жизни на планете. Они, возможно, впервые появились на безжизненной Земле от 3,5 до 3,8 миллиардов лет назад.

Галобактерии живут в солёных местах на Земле, таких как Мёртвое море. Они могли бы выжить и на Марсе, с учётом открытия соленой воды. Два вида, Halococcus dombrowskii и Halobacterium sp. NRC-1, уже доказали, что они могут выжить в модельной марсианской среде. Эксперимент показал, что они могли бы благополучно справляться в среде с давлением в шесть раз больше нормального атмосферного давления, с содержанием углекислого газа в 98% и при средней температуре в -60 °С до 6 часов.

При этом Стефан Лейко, астробиолог из Германского центра авиации и космонавтики, проверил три других солеустойчивых «галофильных» археи, чтобы увидеть, могут ли они выжить при воздействии ультрафиолетового солнечного излучения, столь же мощного, как и в космическом пространстве. Он обнаружил, что два организма, Halobacterium salinarum NRC-1 и Halococcus morrhuae были гораздо более устойчивы к облучению, чем третий вид, Halococcus hamelinensis, несмотря на то, что все три вида из одного семейства.

Существует ещё и другая причина полагать, что солеустойчивые микробы могут жить на Марсе. Есть противоречивые доказательства того, что здесь, на Земле, некоторые выживали миллионы лет внутри твёрдой соли, или кристаллов галита.

«У нас есть организмы, которые могут оставаться жизнеспособными на протяжении миллионов лет, будучи заключенными в галит, и обладают высокой радиационной устойчивостью», — сказал Лейко. Учитывая, что сейчас мы уже знаем, что на Марсе существует солёная вода, галофильные микробы кажутся очень хорошей моделью клеток, способных выжить на Красной планете. «Когда речь идет о радиационной устойчивости, явным победителем является Deinococcus radiodurans, но этот штамм не может выжить в высокоминерализованной среде, — говорит Лейко, — Поэтому я думаю, что галофильные археи являются хорошими кандидатами, когда дело доходит до поиска жизни (вымершей или сохранившейся) на другой планете».

Еще один вид архей может также иметь всё, что нужно, чтобы выжить на Марсе: метаногены. Вместо того, чтобы дышать кислородом, они используют водород и углекислый газ в качестве источника энергии, и производят метан в качестве побочного продукта, отсюда и название.

Метаногены широко распространены в природе и часто живут в экстремальных условиях. Они были найдены в горячих источниках, в солёных водоемах, в кислых и в щелочных озерах и в почвах сибирской вечной мерзлоты. Они также были найдены в кишечнике крупного рогатого скота, термитов и в мёртвой разлагающейся органике.

Именно вечная мерзлота, где обитают микробы, представляет наибольший интерес для астробиологов, так как вечномёрзлые почвы арктических тундр хорошо имитируют условия, существующие под поверхностью Марса. На самом деле исследования показали, что гигантский кусок льда размером с Калифорнию и Техас вместе взятые скрывается под поверхностью Марса между экватором и северным полюсом.

Метаногены являются идеальными кандидатами для жизни на Марсе, так как этим простейшим организмам не нужны свет, кислород или органические питательные вещества, чтобы выжить – ничего из этого нет в изобилии на соседней с нами планете. В эксперименте 2007 года, виды метаногенных архей помещались в имитацию условий Марса, и они выжили.

Команда Дирка Вагнера из Германского центра исследования Земли (GFZ) в Потсдаме нашла ещё один нерушимый метаноген под названием Methanosarcina soligelidi, живущий в вечной мерзлоте, в почвах острова Самойловский в Сибири. Вагнер зовёт микроба «наш супергерой» из-за условий, которые он может выдержать. Средняя дневная температура на Самойловском –14,7 °C, и может упасть до -48 °C. Остров также очень сухой, всего 190 мм осадков в год, а почвы постоянно остаются замороженными.

Вагнер обнаружил других микробов, среди которых и другие метаногены, живущие в мёрзлых грунтах и способные пережить сильные холода и обезвоживание, но именно его супергерой почти не поддаётся разрушению.

Он испытывал микробов солнечным ультрафиолетовым и ионизирующим гамма-излучением для проверки пределов выживания. И организмы могут выдержать в 13,8 раз больше УФ-излучения, и в 46,6 раза больше радиации, чем другой вид метаногеннов, Methanosarcina barkeri. Это означает, что микроб может поглотить дозы радиации, аналогичные существовавшим на ранней Земле и существующим на Марсе.

Хотя вопросы всё равно остаются. Почему эти микробы так выносливы? Зачем развиваться, чтобы выживать при уровнях радиации, распространённых в космосе и на Марсе, но обычно не встречающихся на Земле?

Доза фонового ионизирующего излучения в вечной мерзлоте, например, составляет около 0,002 зиверта в год, примерно столько же, сколько и облучение от одной КТ головного мозга и намного ниже порога для некоторых микроорганизмов, живущих в природе.

Одна из причин несоответствия кроется в возрасте микробов. Многие из наиболее радиационно-стойких видов являются архиобактериями, одной из первых и наиболее примитивных групп организмов. Археи эволюционировали, когда на Земле не было озонового слоя и она полностью принимала на поверхность всё падающее ультрафиолетовое излучение Солнца. Солнечная радиация была намного большей, чем сегодня, и в те времена колонизаторам Земли были нужны механизмы, которые они, возможно, не потеряли даже после того, как наша планета приобрела озоновый слой. Однако большинство исследователей в настоящее время считают, что жизнь зародилась глубоко в океанах, где излучения были меньшей проблемой, даже когда ещё не было озонового слоя.

Другая теория состоит в том, что микроорганизмы выработали устойчивость к радиации чисто случайно, как следствие адаптации к экстремальным условиям на Земле.

«В целом организмы, устойчивые к одному виду нагрузки, также устойчивы к другим видам, — объясняет Вагнер, — Бактерии Deinococcus radiodurans являются особо радиационностойкими, но также они устойчивы к засухе. Две устойчивости, скорее всего, основаны на одних и тех же механизмах».

Другими словами, все кандидаты для марса – Конан-галобактерия и метаногены – выработали уникальные способы выживания во враждебной среде. Радиационная устойчивость — это только побочный продукт.

Как же микробы защищаются от радиации?

Некоторые из солеустойчивых бактерий Лейко защищаются, просто прячась от ультрафиолетового излучения Солнца. Halococcus morrhuae группируются, образуя слой за слоем микробов. Клетки глубоко внутри скопления будут защищены от ультрафиолетового излучения, которое поглощается теми клетками, что ближе к поверхности. И микробы, живущие в условиях нехватки кислорода и избытка соли, не задохнутся.

Однако, как Лейко объясняет, эта стратегия работает только для УФ-излучения, а не для ионизирующего гамма-излучения, которое имеет большие энергии и проникает через блок, добираясь до клеток, расположенных глубоко в центре. Это означает, что микробы могли бы избежать УФ-излучения на Марсе, прячась в почве или во льду, но всё равно они будут получать дозы ионизирующего излучения.

Другие микробы используют другой подход. Излучение вызывает высвобождение активных форм кислорода (АФК), которые повреждают клеточные компоненты, такие как белки и ДНК. Для решения этой проблемы, солеустойчивые археи имеют фиолетовый пигмент, называемый бактериородопсином, который может убирать АФК и защищать клетки от повреждения. Они, возможно, получили выработку пигмента в ходе эволюции, потому что АФК также создаётся, когда клетка высыхает, что является общей проблемой для клеток, живущих в солёной среде.

Даже если излучение и сушка нанесут вред ДНК, многие микробы, кажется, в состоянии восстановить этот ущерб. Исследование показало, что Конан-бактерия смогла сшить разорванную ДНК вместе с ремонтом белков. Пока ремонтные системы работают, бактерии могут выжить.

У Конан-бактерии есть ещё один трюк. Она несет несколько копий своих генов на разных хромосомах. Если одна или две копии повреждены радиацией, клетка может использовать еще одну копию, чтобы остаться в живых, пока повреждения ДНК способны восстанавливаться. Лейко обнаружил, что один из его видов Halobacterium salinarum NRC-1 также был в состоянии активно ремонтировать свои клетки во время облучения, и Вагнер считает, что ремонт ДНК также может быть в основе успеха его супергероя Methanosarcina soligelidi.

Некоторые микробы накапливают соль и сахар в своих клетках, чтобы защититься от пересыхания. Это также, считается, обеспечивает защиту от излучений и как-то сохраняет двойную спираль ДНК от распада. Как соль и сахар помогают неизвестно, но факты говорят о том, что сахар, в частности трегалоза, действительно обеспечивает защиту и сберегает белки и мембраны клеток от распада, когда они нагреваются и высыхают.

Стоит отметить, что ни Лейко, ни Вагнер не верят, что какой-либо из этих микробов может реально выжить на поверхности Марса. Там условия слишком экстремальны даже для самой подходящей земной жизни.

Однако условия на поверхности Марса в начале его истории были похожи на те, что были на ранней Земле. Планета может быть бесплодной и сухой сейчас, но множество данных свидетельствует о том, что реки, озера и моря когда-то были на Марсе. Возможно, жизнь могла бы развиваться на Марсе тогда, и впоследствии адаптировалась с ухудшением условий.

«Если мы посмотрим на условия окружающей среды на раннем Марсе и ранней Земле, они сопоставимы, — говорит Вагнер, — Обе планеты имели умеренные температуры и давления, не было кислорода на обеих планетах, и в то время как на Земле существовали океаны, есть серьёзные подозрения, жидкая вода была и на поверхности Марса».

Мы знаем, что жизнь развивалась в таких условиях на Земле, и она, вероятно, могла бы пойти тем же путём и на раннем Марсе. Что случилось с теми формами жизни, когда Марс стал более суровым местом для жизни, неизвестно. «Всё могло вымереть, но также могло быть захоронено глубоко в марсианской коре», — сказал Вагнер.

Jasmin Fox-Skelly