Исследования в области астробиологии в сочетании с постоянными усилиями, посвященными исследованию планет, привели к значительному интересу к поиску внеземных микробов.
Ученые разработали убедительные причины, подтверждающие возможность существования внеземных микробов, в том числе теорию эволюции, присутствие экстремофилов на Земле и быстро растущее число планет земного типа, обнаруженных за последнее десятилетие.
По этим причинам астробиологи предполагают, что жизнь в других частях Солнечной системы, скорее всего, будет иметь форму микробов и что любые другие сложные внеземные виды, вероятно, возникли из микробов. На протяжении многих лет для поиска внеземных микробов были разработаны методы, включая идентификацию газов биосигнатур, ТКД-спектроскопию, методы микроскопии и термодинамические подходы. В последнее время поиск расширился на внеземные локации с более суровыми условиями окружающей среды.
Идентификация биосигнатурных газов
Один из методов, широко исследуемых для идентификации внеземных микробов на обитаемых планетах, – это использование биосигнатурных газов. Это газы, которые производятся жизнью и накапливаются в атмосфере, поэтому их можно использовать для обнаружения жизни на различных планетах с помощью космических телескопов.
Недавно исчерпывающий список биосигнатурных газов, насчитывающий около 14000 молекул, был разработан с помощью комбинаторного подхода и интенсивного поиска в базе данных и литературы. Обладая этими знаниями, можно анализировать атмосферу планет и их спутников для поиска внеземных микробов. Однако в будущем все еще требуется работа по идентификации газов биосигнатур, состоящих из более крупных молекул, для дальнейшего расширения списка.
Спектроскопия терагерцового кругового дихроизма (ДЗД)
Спектроскопия терагерцового кругового дихроизма (TCD) – еще один потенциальный подход, недавно разработанный для обнаружения внеземных микробов и других форм жизни в космосе. Этот метод основан на понимании того, что все формы жизни содержат хорошо структурированные, хиральные, стереохимически чистые макромолекулы, которые действуют как механизмы для выполнения как репликативных, так и метаболических функций. Эти макромолекулы сильно поглощают на терагерцовых частотах спектра и демонстрируют круговой дихроизм.
Насколько умны микробы?
Такие уникальные свойства могут позволить ученым отличать эти биологические макромолекулы от абиологических материалов с помощью методов, основанных на спектроскопии, и, следовательно, функционировать как метод обнаружения жизни. Спектрометры TCD в настоящее время разрабатываются и производятся для помощи в поисках внеземных микробов.
Методы микроскопии
Методы сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии с высоким разрешением также использовались для выявления высокоорганизованных структур особой формы, представляющих микробы.
Например, анализ фрагмента марсианского метеорита ALH84001 подтвердил наличие полициклических ароматических углеводородов и глобул карбоната. Эти структуры позволили понять возможность существования внеземной биоты, тем самым подчеркнув важность использования микроскопических наблюдений для продолжения поиска микробов во внеземной среде.
Термодинамические подходы
Также был разработан комплексный термодинамический подход к обнаружению внеземных микробов. Этот метод основан на понимании того, что живым существам необходим постоянный источник полезной энергии, доступ к которому осуществляется через цепь переноса электронов.
В результате внеземные микробы могут быть обнаружены в почвах путем извлечения и обнаружения компонентов цепи переноса электронов, таких как порфирины, хиноны и флавины. Разработанный прибор извлекает эти компоненты из почвы с помощью сверхкритического диоксида углерода, разделяет эти компоненты с помощью хроматографии и, наконец, обнаруживает компоненты с помощью вольтамперометрии и тандемной масс-спектрометрии.
Другой связанный, но более простой термодинамический подход, который может обнаруживать внеземные микробы, включает измерение фактического существования функциональной и активной цепи переноса электронов, а не только ее компонентов. Этот метод основан на использовании искусственных акцепторов электронов, таких как DCIP, и респираторных красителей, таких как XXT, которые могут измерять активность цепи переноса электронов. Этот метод коммерчески использовался в течение нескольких лет как для идентификации микробов, так и для характеристики их способности к окислению.
Новые исследования показывают, что применение этого метода можно расширить, чтобы помочь в поиске внеземных микробов в почвах других планет или их спутников.
Как расширились поиски внеземных микробов
Чтобы приблизиться к поиску внеземных микробов, ученые сначала решили идентифицировать тела Солнечной системы, которые имели подходящую среду обитания для внеземной жизни. Хотя это был разумный подход, вопрос еще больше усложнился, поскольку знания об экстремофилах на Земле с годами росли. Экстремофилы – это микроорганизмы, которые выживают и процветают в суровых условиях.
Расширение знаний об этих экстремофилах и условиях, в которых они могут выжить, привело к увеличению количества внеземных мест, предназначенных для изучения микробов. Благодаря этим свидетельствам ученые теперь рассматривают места с гораздо более суровыми условиями для поиска внеземных микробов.
Например, теперь было высказано предположение, что внеземные микробы могут существовать на Луне Юпитера, известной как Европа. Это подтверждается исследованиями примерно 70 озер, расположенных в Антарктиде. В этих озерах температура колеблется от 20 ° C до –10 ° C, а доступность кислорода варьируется от аэробной до строго анаэробной. Несмотря на суровые условия, в этой экосистеме может размножаться микробная жизнь, такая как адаптированные к холоду археи, известные как Methanococcoides burtoni.
Кроме того, исследования ледяных кернов, пробуренных с поверхности Антарктики, выявили множество микробов, включая 3000-летние жизнеспособные дрожжи и 200000-летние спорообразующие бактерии. Это продемонстрировало способность микробов выживать и восстанавливаться после длительного пребывания на льду. Эти данные привели к высокому уровню внимания к внеземным микробам, присутствующим на Европе, которая, как считается, имеет подповерхностные озера и ледяную поверхность, аналогичную Антарктиде.
Более того, были идентифицированы другие экстремофилы, которые выживают при чрезвычайно низких концентрациях эффективных молекул воды, также известных как низкая активность воды. Например, исследования, основанные на культуре и независимые от культур, подтверждают, что деление клеток и метаболическая активность галофильных архей и бактерий может происходить при активности воды до 0,611 a w .
До этого открытия поиски внеземных микробов были нацелены на среды, которые, как известно, содержат значительное количество воды, поскольку она является одним из основных ингредиентов клеточной жизни. Однако это новое свидетельство расширило поиск микробов во внеземных местах с низкой активностью воды, таких как Юпитер.
По мере того как будет обнаружено больше экстремофилов и условий, в которых они процветают, для поиска микробов будет рассматриваться большее количество внеземных сред.