Naukowcy z Krakowa i Wrocławia badają, jak porosty radzą sobie w warunkach podobnych do marsjańskich – i okazuje się, że miałyby szansę tam przetrwać. Prof. Kaja Skubała z Uniwersytetu Jagiellońskiego powiedziała PAP, że w przyszłości te organizmy mogłyby chronić ludzi przed szkodliwym promieniowaniem.
Dr hab. Kaja Skubała, prof. Uniwersytetu Jagiellońskiego (UJ), prowadzi finansowany przez Narodowe Centrum Nauki projekt „Życie na krawędzi – krok w kierunku rozpoznania adaptacji porostów do ekstremalnych warunków pozaziemskich”.
Czym są porosty?
Porosty to organizmy symbiotyczne, w których partnerami są grzyby i organizmy prowadzące fotosyntezę (fotobionty) – najczęściej glony lub sinice. Naukowczyni z Instytutu Botaniki na Wydziale Biologii UJ przyznała, że zwróciła na nie uwagę jeszcze na studiach.
Prowadziłam w ramach pracy magisterskiej badania na hałdach pohutniczych na Górnym Śląsku. Zaobserwowałam, że w tym środowisku silnie skażonym metalami ciężkimi, takimi jak ołów, cynk, arsen albo kadm, porosty świetnie sobie radzą
– opowiadała botaniczka.
Ekstremalne środowisko Marsa
Później prof. Skubała zajęła się badaniami nad wytrzymałością porostów w warunkach pozaziemskich – głównie na Marsie. Jak zaznaczyła, środowisko na powierzchni naszej sąsiedniej planety jest bardzo niekorzystne dla życia, jakie znamy. W marsjańskiej atmosferze 95 proc. stanowi dwutlenek węgla (na Ziemi dominuje azot). Mars ma bardzo rzadką atmosferę i brak tam magnetosfery, dlatego do jego powierzchni docierają bardzo duże dawki promieniowania słonecznego i jonizującego. Na Ziemi atmosfera zatrzymuje większość szkodliwego dla komórek promieniowania UV, na Marsie nie ma takiej tarczy ochronnej. Temperatury wahają się tam od -140 do 20 st. C (średnia to ok. –60 st. C). Z kolei ciśnienie na Czerwonej Planecie wynosi ok. 600 Pa (na Ziemi to ok. 1000 hPa, czyli 100 tys. Pa).
Wcześniejsze badania i stan anhydrobiozy
Prof. Skubała przyznała, że wcześniej prowadzono badania astrobiologiczne nad porostami.
Dotyczyły one jednak porostów wysuszonych, czyli w stanie anhydrobiozy
– podkreśliła naukowczyni.
Gdy porosty przechodzą w ten stan, ich plechy są prawie całkowicie pozbawione wody – na przykład na pustyniach lub w górach. Zapadają wtedy w „śpiączkę” i w tym stanie długo mogą przetrwać w trudnych warunkach. A kiedy wyższa wilgotność pojawi się w ich otoczeniu, przywracają swoje funkcje metaboliczne.
Mnie interesowały właśnie organizmy uwodnione. Chciałam sprawdzić, czy kiedy woda będzie w strzępkach grzybów i komórkach glonów, a więc organizmy będą aktywne metabolicznie, będą w stanie funkcjonować i przetrwać w warunkach podobnych do marsjańskich
– opisywała prof. Skubała.
Niezwykłe cechy adaptacyjne porostów
Naukowczyni wybrała do badań porosty ze względu na ich wyjątkowe cechy adaptacyjne. Jak mówiła, w środowisku o wysokim stężeniu metali ciężkich produkują metabolity wtórne – substancje wytwarzane wyłącznie przez porosty. Te środki chemiczne pełnią funkcję antyoksydacyjną i działają jako związki chelatujące, czyli wiążące metale ciężkie. Dzięki temu szkodliwe pierwiastki nie dostają się do komórek.
Porosty są też odporne na promieniowanie słoneczne, a zwłaszcza na fale UV.
W reakcji na nie porosty produkują m.in. melaninę, która pod wpływem słońca pojawia się też na przykład w ludzkiej skórze. Melanina i metabolity wtórne są najczęściej odkładane w warstwie korowej porostów, czyli na zewnątrz plechy. Tworzą tam ekran przeciw promieniowaniu ultrafioletowemu
– zaznaczyła naukowczyni.
Symulacje marsjańskie w laboratorium
Na potrzeby badania zespół prof. Skubały symulował warunki marsjańskie w laboratoriach Zakładu Fizyki Słońca Centrum Badań Kosmicznych PAN we Wrocławiu. Naukowcy umieszczali porosty w komorze próżniowej, do której doprowadzano różne mieszanki gazów. Zamontowano też tam lampy do imitowania promieniowania słonecznego i jonizującego, a także urządzenia do monitorowania ciśnienia, temperatury i wilgotności.
Pomiary wilgotności są istotne, bo po pierwsze badano porosty uwodnione, a po drugie – chociaż na powierzchni Marsa nie ma wody w stanie ciekłym – w atmosferze występuje jednak para wodna, chociaż jest jej niewiele.
Sprawdzenie, czy taka jej ilość wystarczy porostom do utrzymania stanu aktywnego metabolicznie przez dłuższy czas, to kwestia przyszłych badań
– zapowiedziała astrobiolożka.
Porosty jako naturalna tarcza ochronna
Podkreśliła, że wyniki badań jej zespołu mogą mieć znaczenie dla przyszłych prac naukowych.
Biotechnolodzy i astrobiolodzy zastanawiają się na przykład nad sposobami ochrony ludzi przed promieniowaniem jonizującym, które w dużych dawkach jest zabójcze. My wykazaliśmy, że jeden gatunek porostu, słojecznica mchowa (Diploschistes muscorum), jest w stanie bronić się przed tym promieniowaniem nawet w postaci uwodnionej
– poinformowała prof. Skubała.
Wspomniała, że inne zespoły naukowców rozważały wcześniej na przykład pokrywanie dachów i ścian budynków w bazach kosmicznych ochronnymi biopowłokami z grzybów. Zdaniem badaczki z UJ wykorzystanie do tych celów porostów mogłoby być jeszcze bardziej skuteczne.
Co dalej? Nowy wymiar symbiozy
Badania w ramach projektu „Życie na krawędzi…” potrwają do 2027 r. lub dłużej. Pierwsze wyniki prac ukazały się w czasopiśmie mikologicznym „IMA Fungus”. W kolejnych etapach prof. Skubała chciałaby m.in. sprawdzić, czy grzyby żyjące w symbiozie z prowadzącymi fotosyntezę glonami mogą wykorzystywać do oddychania produkowany przez nie tlen – a tego niezbędnego do życia gazu są w atmosferze Marsa śladowe ilości.
Na Ziemi w porostach grzyby pobierają od glonów cukry, ale tlen czerpią z atmosfery. Zastanawiamy się, czy jest możliwy nowy wymiar symbiozy porostowej, w której grzyby i glony stworzą samowystarczalny organizm. Z punktu widzenia życia w warunkach pozaziemskich byłoby to bardzo ważne odkrycie
– oceniła prof. Kaja Skubała.
