MMMars, 2012: lądownik osiada na Marsie w miejscu wskazanym, jako to, w którym istnieją największe szanse odnalezienia śladów ciekłej wody. Kierowany przez naukowców na Ziemi robot zmierza w kierunku szczeliny, której wygląd wskazuje, że mogła być miejscem wypływu aktywnego gorącego źródła. Lądownik rozpoczyna pobieranie próbek piasku i pokruszonych skał, aby zebrać wszystko co mogło zachować ślady życia.

Robot wrzuca zebrane próbki do komory i rozpoczyna badania materiału na obecność molekularnego DNA - najbardziej podstawowego budulca cząsteczek charakterystycznego dla całego znanego życia. Zbudowanie instrumentu, który może odbyć podróż na Marsa w celu poszukiwania śladów DNA jest marzeniem badaczy ze Stanford Genome Technology Center. Marzenie to jest obecnie osiągalne, zdaniem Viktora Stolca, jednego z tych naukowców, współpracującego z NASA we wczesnych etapach konstruowania takiej właśnie aparatury.

To marzenie, a także nadzieja na inne podstawowe badania genetyczne zaprowadziły tego lata Stolca na Daleką Kanadyjską Arktykę do wzięcia udziału w badaniach polowych w ramach Projektu Haughton-Mars. Projekt sponsorowany przez NASA podejmuje próbę studiów geologii i biologii obszaru wewnątrz krateru uderzeniowego Haughton, mającego na służyć wyrobieniu poglądów na temat tego co może zostać wykonane w ramach przyszłych misji planetarnych.

Zielona oaza wewnątrz krateru Haughton jest płodną podstawą dla biologów studiujących jak organizmy żywe mogą zaadaptować się do surowych, ekstremalnych środowisk

- W Stanford Genome Technology Center budujemy instrument, który jest zdolny do detekcji pojedynczych molekuł DNA pośród wielu innych. Mamy także nadzieję na wytypowanie rodzaju próbek skał na powierzchni Marsa, które będą badane w celu stwierdzenia obecności DNA, jako część misji NASA.

- Wysoka trwałość DNA oraz fakt, że jest ono pewnym sygnałem obecności żywych organizmów powoduje, że badania takie są idealnym testem obecności życia - mówi Stolc. - Starożytne DNA z roślin i zwierząt zamieszkujących Ziemię setki milionów lat temu znajdowano utrwalone w skamieniałościach.

- Nawet jeśli życie na Marsie już nie istnieje w aktywnej formie, jest możliwe, że DNA tamtejszych organizmów mogło się zachować, a my jesteśmy w stanie odnaleźć pojedyncze jego molekuły - dodaje.

Viktor Stolc z próbkami arktycznych kultur bakteryjnych

Przez kilka tygodni lipca i początku sierpnia Stolc pracował w polowym laboratorium w specjalnie przygotowanym brezentowym namiocie (o wymiarach 3 na 3,6 metra) na skalistych terenach wyspy. Dzieląc niewielką przestrzeń namiotu z geologami i ich wciąż rosnącą kolekcją próbek skalnych, hodował kultury bakteryjne charakterystyczne dla środowiska krateru w celu zbadania ich DNA. Mimo nieodzownego nieładu i bez przerwy nawiewanego pyłu z suchej polarnej pustyni, laboratorium Stolca nie odznaczało się bylejakością: wyposażone było w podstawowy ekwipunek, zasilany za pomocą generatora diesel'owskiego, jakich potrzebuje każdy współczesny genetyk.

Tworzenie genetycznych kopii ekosystemu

Jakby budowa aparatu do znajdowania marsjańskiego DNA nie była wystarczająco ambitnym przedsięwzięciem, Stolc jest także zajęty projektem opisu sekwencji genomu nie pojedynczej cząsteczki, ale całego ekosystemu na powierzchni wokół całego krateru Haughton. Zespoły genetyków dopiero co zakończyły sekwencjonowanie ludzkiego genomu. Osiągnięto to mapując dokładną lokalizację każdego elementu w ludzkim DNA.

Odmiennie wygląda to w przypadku innych genetycznych projektów, także służących mapowaniu genomów prostych form życia takich jak drożdże czy nematody. Jednak zebranie i uporządkowanie materiału wszystkich żywych stworzeń - zawartego w setkach rodzin mikroorganizmów - oraz rozszyfrowanie kodu genetycznego każdego organizmu w takiej biologicznej mieszaninie jest przedsięwzięciem bezprecedensowym. Stolc przybył na Devon Island właśnie w tym celu. Wykorzystał on przy tym fakt, że przez pół roku słońce nad wyspą nie zachodzi, a także względną prostotę ekosystemu do kolekcjonowania biologicznych próbek ze skalnych ścian, małych jezior oraz sączących się cieków wodnych.
Stolc wykopuje rośliny, zeskrobuje porosty ze skał i ostrożnie zbiera maty alg z mułów okolicznych małych "jezior" - oczek wodnych, które gdziekolwiek indziej na świecie nazywano by stawami. Ale na tej surowej polarnej pustyni gdzie stwarzają szansę na przeżycie, wydają się być cudem.

Ostatniego tygodnia Stolc wykonał garść cyfrowych fotografii leżącego w dole w centrum krateru Haughton błotnistego kawałka gruntu pokrytego roślinnością.
- Moi koledzy, którzy pozostali w Stanford mogą nie uwierzyć w różnorodność egzystujących tu aktualnie organizmów - powiedział, wykonując szereg ujęć wiotkich traw i stojących prosto mleczów. - To jest bardzo suche, pustynne środowisko, którego cykle warunkuje nieprzerwane nasłonecznienie latem i kompletna wielomiesięczna ciemność podczas zimy - dodaje.

- To co tutaj robimy, to poszukiwanie informacji genetycznej zawartej w tych arktycznych organizmach oraz zrozumienie, które sekwencje genów pozwalają im egzystować w tak ekstremalnych środowiskach - mówi Stolc. - Mamy nadzieję na znalezienie specyficznych odcinków sekwencji DNA, dzięki którym możliwe było zaadaptowanie się do życia w tym miejscu.

Te specyficzne sekwencje umożliwiające adaptację zawierają informację pomagającą organizmom przetrzymywać ekstremalnie niskie temperatury lub ekspozycję na dawki promieniowania ultrafioletowego, a także długie okresy odwodnienia.

Stolc nie jest samotny w swej fascynacji tymi organizmami. W samej rzeczy zainteresowanie odkrytymi przez naukowców wieloma przykładami życia - w warunkach temu życiu wrogich - doprowadziło do wykreowania własnej nazwy tych organizmów: zwie się je obecnie ekstremofilami. Inni biolodzy pracujący w ramach Projektu Haughton-Mars także zastanawiają się nad tymi kryteriami.

Testowanie ziemskich ekstremofili

Deinococcus: czy jego przyszłość może wiązać się z Marsem?

Jeden z najbardziej wytrzymałych organizmów na ziemi można zaliczyć do ekstremofili, nawet jeżeli z reguły egzystuje w bardzo zwykłych warunkach. Jest nim Deinococcus radiodurans - bakteria wytrzymująca dawki promieniowania mogące być zabujcze dla człowieka. Została ona odkryta w latach pięćdziesiątych dwudziestego wieku w zepsutym puszkowanym mięsie, które podobno poddawano promieniowaniu gamma celem sterylizacji. W mięsie znalezono pleniące się kolonie Deinococcus radiodurans, posiadające unikalne cechy szybkiego odbudowywania wszelkich genetycznych defektów wywołanych radiacją. Cechy te są źródłem nazwy mikroorganizmów., którą można tłumaczyć jako: "obce, odporne na promieniowanie organizmy".

- Właściwości te wprowadzają pewne implikacje do realizowanych obecnie misji marsjańskich jak również przyszłych misji poszukiwania życia na innych planetach - powiedział Alessandro Airo, biochemik, absolwent Wolnego Uniwersytetu w Berlinie, zatrudniony obecnie w NASA Ames Research Center. Airo specjalizuje się w biologii Deinococcus radiodurans oraz podejmuje wysiłki w celu zbadania środowiska krateru Haughton i zrozumienia mechanizmów pozwalających przeżyć organizmom zamieszkujących Arktykę.

Eksperci od ochrony środowisk innych planet w agencjach kosmicznych na całym świecie bez przerwy obmyślają sposoby wyniszczania Deinococcus na statkach kosmicznych, ponieważ stosowanie promieniowania, ogólnie używanej metody sterylizacji statków kosmicznych, jest nieskuteczne wobec tych mikroorganizmów, korzystają więc z pomocy wszystkich badaczy.

- Różne ekstremofile znajdowano na całym świecie, również w antarktycznych granitach, ale w bardziej komfortowych temperaturach - 35÷38 stopni Celsjusza. D. radiodurans jest aktywny w znacznie niższych temperaturach, jednak te na arktycznych pustyniach Devon Island są wyjątkowo niesprzyjające - powiedział Airo.
Próbuje on znaleźć wystarczająco niesprzyjające. Airo przybył na Devon Island po przyłączeniu do Projektu Haughton-Mars w celu zebrania biologicznych próbek ze strumieni, małych jezior oraz suchych skał z nadzieją znalezienia niszczących warunków dla obcych, odpornych na promieniowanie organizmów.

- Takie bardzo wrogie środowiska mogą prowadzić do podobieństw mechanizmów reprodukcji wśród ziemskich i marsjańskich ekstremofili - powiedział Airo. - Uważamy Deinococcus radiodurans jako modelu organizmów obecnie egzystujących na Marsie - dodał.

Podczas kiedy obaj: Airo i Stolc wykorzystują swoje badania do zrozumienia jak może wyglądać marsjańskie życie, a także jak najskuteczniej go poszukiwać, rozumieją znaczenie swojej pracy nawet jeśli na Marsie nigdy nie było nawet jednej żywej komórki.

- Wyobraź sobie, że posiadamy katalog możliwych zmian genu dla wszystkich genów znalezionych w mikroorganizmach przede wszystkim tych odpornych na suszę i zimno. Możliwe jest, że któregoś dnia inżynierowie - mikrobiolodzy spożytkują wiedzę o tych sekwencjach do terraformowania Marsa - powiedział Stolc.

- Czy możliwości te mogą prowadzić do zazielenienia lub "frankensteinowania" Marsa może być przedmiotem etycznej debaty w następnej dekadzie, ale technologia tworzenia ekstremofili dla Marsa spowoduje rozpoczęcie w możliwej do przewidzenia przyszłości produkcję tlenu na planecie - dodaje Stolc.

Tłumaczenie: Marian Legutko
Źródło: Space.com