Маленька примітивна рослина надіслала переконливе повідомлення з космосу: у цих сценаріях життя нашої планети може бути набагато стійкішим, ніж ми собі уявляли. Йдеться про Physcomitrium patens, якому вдалося вижити протягом дев'яти місяців на зовнішній стороні Міжнародної космічної станції (МКС), апарату, що обертається навколо Землі на висоті близько 400 км. Відкриття вперше демонструє, що примітивна наземна рослина може витримувати тривалий вплив космічних елементів.

Це дослідження очолив японський біолог Томомічі Фудзіта з Університету Хоккайдо (Японія). За словами Фудзіти, коли він почав вивчати стійкість цих мохів, він не уявляв, що одне з його запитань виведе його за межі земної атмосфери: чи зможуть ці крихітні рослини вижити в космосі?

Вчені були вражені результатом: понад 80% спорів витримали вакуум, ультрафіолетове випромінювання, екстремальні перепади температур та мікрогравітацію, а потім проросли в лабораторії після повернення на Землю.

Попередні випробування

Фудзіта пояснює, що ідея народилася з серії попередніх тестів. У лабораторії його команда порівняла толерантність трьох типів тканин Physcomitrium patens, які були піддані імітованому космічному середовищу: протонеми (ювенільні структури), «вивідкові клітини» (стійкі клітини, що утворюються під впливом стресу) та спорофіти, що містять спори. «Попередня література вже припускала, що спорофіт був найстійкішою тканиною», — деталізує цей експерт.

Під час цих випробувань індивідуально аналізувався вплив заморожування, тепла та вакууму. Усі вони продемонстрували толерантність, але це не підтвердило до кінця стійкість бріофіта до одночасного впливу екстремальних факторів, як це відбувається в космосі. «Хоча кожен стрес був подоланий окремо, одночасне поєднання могло знизити виживаність майже до нуля», — зазначає дослідник. Одна-єдина слабкість могла б спричинити раптове і потенційно смертельне пошкодження, що неможливо передбачити лише на основі цих випробувань.

Щоб перевірити свої висновки, у березні 2022 року Фудзіта та його команда відправили сотні спорофітів (фаза рослини, яка виробляє спори, з яких народиться наступне покоління). Вони подорожували на борту космічного корабля Cygnus NG-17. Після прибуття до місця призначення астронавти прикріпили зразки до зовнішньої сторони станції.

Показовий результат

Зразки залишалися в космосі протягом 283 днів (трохи більше дев'яти місяців) і повернулися на Землю на борту місії SpaceX CRS-16 у січні 2023 року. Після повернення їх було доставлено до лабораторії для аналізу.

Понад 80% спорів пережили свою міжгалактичну подорож і зуміли прорости в лабораторії. Те, що очікувалося як обмежене підтвердження, перетворилося на демонстрацію біологічної стійкості, на яку здатний один із найдавніших і найменших наземних організмів. «Вони можуть вижити навіть у суворих умовах», — підкреслює Фудзіта.

Одним із додаткових відкриттів дослідження стала деградація хлорофілу а під певними типами видимого світла. Хоча це не вплинуло на стійкість спорів, захищених усередині спорангію, Фудзіта вважає це новим відкриттям, яке все ще вимагає подальших досліджень для розуміння його наслідків в екосистемах за межами Землі.

Примітивна присутність

Для біолога результати пов'язані з еволюцією перших наземних рослин. Близько 500 мільйонів років тому, коли не існувало сучасної атмосфери, мохи були піонерами в колонізації суші.

Вони здатні оселятися в місцях без ґрунту, таких як щойно утворені вулканічні острови. І, помираючи, їхні залишки, розкладені бактеріями, створюють перший ґрунт, який дозволяє іншим рослинам і тваринам прибути пізніше. Фудзіта пояснює: «Мох може сам утворювати ґрунт, а потім дозволяє іншим тваринам і рослинам рости».

І додає: «Мертва матерія мохів може бути використана для збільшення зеленої площі». Ця здатність створювати землю там, де її немає, є, на думку дослідника, ключовою підказкою щодо ролі, яку вони могли б відігравати в інших світах.

Біологічні системи в космосі

За словами цього експерта, існує ймовірність того, що мохи здатні змінювати температуру, топографію та екологію іншої планети, щоб зробити її придатною для земного життя або підтримувати біологічні системи. Хоча він вважає, що така можливість реальна, вона все ще знаходиться на початковій стадії.

Він підкреслює, що вивчення того, як мохи виживають в екстремальних умовах, служить не тільки для уявлення про позаземні екосистеми. Це також може навчити нас справлятися зі змінами на Землі.

Бріолог Хесус Муньос з Вищої ради з наукових досліджень (CSIC) в Іспанії зустрів новину про космічний експеримент із сумішшю наукового інтересу та скептицизму щодо висновків, що супроводжують роботу. Для нього стійкість спорів моху — це явище, відоме десятиліттями, і він нагадує, що вже в 70-х роках іспанський дослідник Гонсало Ньєто Фелінер проводив аналогічні експерименти, поміщаючи спори в ящики, прикріплені до крил літаків, щоб вивчити їхню поведінку під час комерційних рейсів. «Це була земна атмосфера, але вже тоді було відомо, що спори можуть витримувати екстремальні умови», — зазначає він.

Муньос пояснює, що існують дослідницькі групи, які роками вивчають, як рослини, особливо високогірні, розвивають сполуки, здатні захищати їх від ультрафіолетового випромінювання. Він також нагадує, що висока стійкість спорів давно задокументована: їхнє природне висихання та надзвичайно тверді хімічні оболонки ізолюють їх від зовнішнього середовища таким чином, що небагато рослинних структур можуть з цим зрівнятися.

Але його основна критика зосереджена на ідеї колонізації Марса або Місяця. «Мені здається, це спосіб уникнути проблем», — коментує він. «Ми руйнуємо цю планету. Немає сенсу думати про рішення, які не є рішеннями. Ніхто не буде жити на Марсі в найближчому майбутньому, ні на Місяці. Це майже виправдання для продовження безмежної експлуатації Землі, ніби ми можемо її замінити».

Створення ґрунту на Землі

Фудзіта та його команда не чужі цій реальності. Зміна клімату призводить до триваліших посух, а деякі регіони засолюються. Розуміння того, як мохи реагують на сильні стреси, стверджує японський біолог, може допомогти нам розробити стратегії для сільського господарства або екологічного відновлення на нашій власній планеті.

За його словами, ми могли б отримати підказки для покращення нашого ґрунту, «щоб створити більше землі на Землі». Він уточнює: «Якби нам вдалося виростити мохи в космосі, це могло б сприяти утворенню ґрунту і на Землі, збільшенню зелених зон, проведенню фотосинтезу та виробництву кисню».

Наступний крок, за його словами, полягає у вивченні інших, ще більш стійких видів мохів, а також мутантних версій Physcomitrium patens, які дозволять розшифрувати, які генетичні мережі забезпечують цю надзвичайну толерантність. Серед кандидатів він згадує Syntrichia ruralis, Bryum argenteum та інші види, відомі своєю здатністю виживати в екстремальних умовах.