Споры черной плесени пережили пять часов в «марсианских» условиях

Поверхность Марса производит впечатление биоцидной среды: чрезвычайная сухость, крайне низкие давление и температура; из-за отсутствия плотной атмосферы и магнитного поля поверхность планеты бомбардируют неионизирующее УФ-излучение (100–400 нм), солнечное ионизирующее излучение высокой энергии (рентгеновские лучи, гамма-лучи) и галактические космические лучи.

Вместе с тем многие микроорганизмы существуют в весьма жестких условиях. Понимание пределов их способностей к выживанию за пределами Земли жизненно важно для успеха будущих миссий. «Инфекция» с Земли может помешать поиску внеземных биообъектов. Патогенные микроорганизмы потенциально опасны для здоровья участников долгосрочных миссий, а другие, напротив, можно использовать для решения проблемы нехватки органических веществ. «Некоторые микробы могут иметь неоценимое значение для исследования космоса. Они могут помочь нам производить продукты питания и материалы независимо от Земли», — поясняет автор исследования Катарина Симс из Германского центра авиации и космонавтики в Кельне.

Многие ключевые характеристики поверхности Марса сложно воспроизвести на Земле, однако над озоновым слоем в средней стратосфере условия удивительно похожи на марсианские. В дневные часы там присутствуют интенсивное ультрафиолетовое излучение полного спектра, высокоэнергетическое ионизирующее излучение (включая вторичное рассеяние), сверхнизкая влажность, нехватка кислорода, сверхнизкие температуры и давления

В сентябре 2019 года во время большого исследовательского полета на аэростате NASA в среднюю стратосферу (высота около 38 км), где уровни радиации приблизительно такие же, как на экваторе Марса, были отправлены земные микроорганизмы. Споры черной плесени Aspergillus niger и высушенные клетки бактерий Salinisphaera shabanensis, Staphylococcus capitis subsp. capitis и Buttiauxella sp. MASE-IM-9 находились внутри специально сконструированного бокса — MARSBOx (Microbes in Atmosphere for Radiation, Survival and Biological Outcomes experiment). Коробка с микроорганизмами во время миссии была заполнена газовой смесью, имитирующей атмосферу Марса, при давлении 5–10 мбар.

S. shabanensis и Buttiauxella.sp. MASE-IM-9 на Земле обитают в экстремальных условиях, отчасти сходных с марсианскими. S. shabanensis — грамотрицательная галофильная бактерия, изолированная на границе раздела рассола и морской воды в Шабанской впадине (Красное море), где максимальная соленость достигает 26%. Есть предположение, что и на Марсе могут существовать жидкие водные растворы высокой солености. Buttiauxella sp. MASE-IM-9 выделена из бедного питательными веществами и кислородом сульфидного источника в Германии

Грибок Aspergillus niger и бактерия Staphylococcus capitis subsp. capitis — ассоциированные с человеком условно-патогенными микроорганизмы. Тот и другой ранее были обнаружены на Международной космической станции, поэтому высока вероятность, что они отправятся с людьми и на Марс. (Еще о бактериях на МКС.)

В ящике находились два слоя образцов, причем нижний слой был защищен от излучения. Это позволило различать эффекты ультрафиолета и других неблагоприятных факторов: высыхания, разреженной атмосферы и колебаний температуры во время полета. Образцы верхнего слоя получили дозу УФ-излучения 1148 кДж/м² — примерно в тысячу раз больше дозы, вызывающей солнечный ожог на человеческой коже.

Образцы пробыли в стратосфере 5 часов, после этого исследовали их выживаемость и изменения метаболической активности. Черная плесень A. niger и бактерия S. shabanensis оказались наиболее устойчивыми, количество клеток уменьшилось, соответственно, вдвое и вчетверо. Buttiauxella sр. MASE-IM-9 была полностью инактивирована и с УФ-воздействием, и без него, а стафилококк выжил только в нижнем слое, защищенном от УФ.

Вдыхание спор черной плесени может вызвать респираторные заболевания, особенно в закрытых помещениях, таких как МКС, отмечают авторы. С другой стороны, A. niger используется в биотехнологии для производства широкого спектра полезных соединений, включая лимонную кислоту, антибиотики и ферменты. Выживанию черной плесени может способствовать не только сложная структура клеточной стенки и способность обратимо снижать метаболизм, но и высокий уровень пигментации, защищающий от УФ излучения.

Нельзя сказать с уверенностью, смогут ли протестированные штаммы выжить в реальных условиях на поверхности Марса; однако защита от ультрафиолета, устойчивость к низким температурам и обезвоживанию дают предпосылку к этому.

Авторы подчеркивают важность включения спор грибов в исследования возможностей загрязнению Марса. В настоящее время политика планетарной защиты ограничивает только бактериальную контаминацию: на поверхностях роботизированных спускаемых систем, не предназначенных для поиска биообъектов, должно быть не более 3×10⁵ бактериальных эндоспор. Кроме того, следует дополнительно оценить чувствительность спор грибов к экстремальной жаре, высоким дозам комбинированных источников космического излучения, а также к другим факторам, влияющим на выживаемость.