Badacze z Poznania zidentyfikowali sinice, które potrafią przetrwać w stężeniach nadchloranów porównywalnych, a nawet wyższych niż te notowane na Marsie. Dotychczas te związki chemiczne uważano za jedną z ważniejszych przeszkód dla przetrwania życia w regolicie pokrywającym Czerwoną Planetę.

Wyniki przeprowadzonych badań opublikowane zostały na łamach prestiżowego czasopisma „Astrobiology” (https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2021.0100).

Sinice to powszechnie występujące bakterie zdolne do fotosyntezy. Wiele gatunków zasiedla ekstremalne ekosystemy, np. źródła termiczne, popioły wulkaniczne czy pustynie. Zawdzięczają to m.in. dużej oporności na wahania pH, skrajne temperatury, promieniowanie UV, zasolenie czy suszę.

Z tego powodu sinice od dawna pozostają w kręgu organizmów potencjalnie przydatnych do badań astrobiologicznych. Potrafiły one też przetrwać przez wiele miesięcy w warunkach próżni kosmicznej, na niskiej orbicie ziemskiej. Według badaczy byłyby też przydatne w planach załogowych misji na Marsa i zakładaniu pierwszych stałych baz na tej planecie.

„Sinice są relatywnie łatwe w hodowli. Produkują niezbędny dla większości organizmów, również ludzi, tlen na drodze fotosyntezy, a wybrane gatunki są do tego zdolne także przy bardzo słabym naświetleniu. Poza tym, niektóre sinice potrafią przyswajać azot atmosferyczny. Zwiększają w ten sposób żyzność środowiska, w którym żyją, z korzyścią dla innych organizmów. Poza tym sinice można wykorzystywać jako nawóz. Niektóre są też jadalne, mogą więc służyć jako źródło pożywienia. Dużo uwagi poświęca się również pozyskiwaniu biopaliw z hodowli sinic” – wymienia dr hab. Piotr Rzymski z Zakładu Medycyny Środowiskowej Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu w przesłanym PAP komunikacie.

Przeszkodą w wykorzystaniu różnych organizmów na Marsie, nawet tych zdolnych tolerować wiele z jego mało przyjaznych warunków, są nadchlorany.

„To wysoce reaktywne, świetnie rozpuszczające się w wodzie, sole i estry kwasu nadchlorowego. Pomiary wykonane przez łazik Curiosity wykazały, że ich przeciętnie stężenie w regolicie marsjańskim wynosi około 0,6 proc. Dla porównania, na Ziemi najwyższe notowane stężenia w glebie nie przekraczają 0,00025 proc. Wiele bakterii narażonych na wysokie stężenia nadchloranów ginie w ciągu kilku sekund. Chcąc myśleć o jakimkolwiek zastosowaniu sinic na Marsie trzeba było więc sprawdzić, czy są one w ogóle w stanie znieść obecność tych związków chemicznych” - wyjaśnia, cytowany w komunikacie, dr hab. Łukasz Kaczmarek z Zakładu Taksonomii i Ekologii Zwierząt UAM.

W tym celu poznańscy naukowcy przeprowadzili wiele eksperymentów na sinicach, które hodowano w różnych stężeniach nadchloranów. „Wykorzystaliśmy 17 szczepów sinic, wyizolowanych z kilku typów środowisk tj. wód słodkich, jaskiń, pustyń, kamieni, solanek, błota termalnego” – opisuje dr Kaczmarek.

Jak poinformowali badacze, choć obecność nadchloranów w środowisku powodowała przynajmniej częściowe ograniczenie wzrostu każdego z badanych szczepów sinic, to pięć z nich zachowało zdolność namnażania się, pomimo stężeń nadchloranów sięgających 1 proc. Kolejne dwa zachowywały zdolność wzrostu w stężeniu do 0,5 proc.

„W najlepszym wypadku spodziewaliśmy się przeżycia w najniższym badanym stężeniu, czyli 0,25 proc. To było niesamowite zobaczyć zazielenione butelki z sinicami po dwóch tygodniach eksperymentu. Sinice badam od 10 lat i, jakkolwiek dziwnie to zabrzmi, byłem z nich dumny, że tak dobrze sobie poradziły” – relacjonuje dr Rzymski.

Naukowcy stwierdzili przy tym, że obecność nadchloranów w środowisku prowadzi do stresu oksydacyjnego u sinic. W efekcie dochodzi do niekorzystnego zjawiska peroksydacji lipidów, procesu uszkadzającego integralność błon komórkowych. Jak wskazano w komunikacie, sinice o wysokim stopniu tolerancji wobec nadchloranów cechowały się mniejszym stopniem utlenienia lipidów. Świadczy to o sprawnie działających mechanizmach ochronnych przed wolnymi rodnikami.

„Oporne na nadchlorany szczepy sinic na Ziemi związane są z solankami, powierzchniami kamieni i innymi siedliskami narażonymi na promieniowanie słoneczne i suszę. Takie warunki sprzyjają zjawisku stresu oksydacyjnego. Nic więc dziwnego, że potrafiły sobie z nim radzić. Stwierdziliśmy też, że w ich komórkach zmieniał się stosunek barwników, na korzyść karotenoidów. A już wcześniej udowodniono, że wysoki poziom tych pigmentów zabezpiecza sinice przed działaniem czynników powodujących stres oksydacyjny” – podkreśla dr Rzymski.

Naukowcy będą kontynuować swoje badania. Chcą teraz sprawdzić, czy niektóre z sinic posiadają enzymy unieszkodliwiające nadchlorany. Będą również testować oporność na ich działanie różnych innych organizmów ekstremofilnych.

„Sinice to producenci. W planach mamy zbadanie też konsumentów, czyli drobnych bezkręgowców mogących żerować bezpośrednio na sinicach lub na innych organizmach żywiących się pierwotnie sinicami właśnie. Dzięki temu będziemy w stanie potencjalnie stworzyć funkcjonujący mikro-ekosystem zdolny przetrwać na Czerwonej Planecie. Do tego jednak potrzebne są dalsze badania, nie tylko nad nowymi grupami organizmów, ale także uwzględniające inne niekorzystne czynniki siedliskowe występujące na Marsie ” – podsumowuje dr Kaczmarek.