Artículo original escrito por Jeremy Hsu el 24 de marzo de 2011 y publicado en Astrobiology Magazine.
La joven Tierra carecía de una capa de ozono que actuase como escudo contra la radiación solar de alta energía, pero los microbios florecieron adaptándose o encontrando otras formas de protección de los altos niveles de radiación ultravioleta. Ahora los investigadores han empezado a poner a prueba microbios modernos para ver si pueden actuar como pioneros en las hostiles condiciones del espacio extraterrestre y otros entornos planetarios.
Uno de tales estudios del año pasado observaron el Bacillus subtilis, una bacteria común del suelo que se ha convertido en un organismo modelo para experimentos que tienen el récord de supervivencia espacial tras pasar seis años en la nave Instalación para Exposición de Larga Duración de la NASA. El microbio común demostró ser capaz de evolucionar una resistencia a la radiación UV de hasta 3 veces más que su ancestro original, o un grupo no expuesto a UV, tras 700 generaciones viviendo y muriendo en un experimento de laboratorio en tierra.
Comparando los mutantes resistentes a la radiación con sus ancestros y el grupo no expuesto a UV, los investigadores casi pudieron estar totalmente seguros de que su adaptación a la UV no procedía de un ejemplar resistente a UV oculto entre la población original de bacterias.
“La relevancia es que un único organismo es activamente capaz de reaccionar y adaptarse a cambios en su entorno”, dice Marko Wassmann, investigador en biología de radiación en el Instituto de Medicina Aeroespacial del Centro Aeroespacial Alemán.
Esta adaptación a la radiación apunta a cómo algunos microbios podrían haber sobrevivido a un viaje hasta la Tierra a bordo de antiguos asteroides, de acuerdo con una teoría conocida como panspermia. De forma similar, la capacidad adaptativa indica cómo los microbios de la Tierra podrían ser capaces de colonizar entornos extraterrestres más hostiles tales como Marte, aunque incluso las bacterias más resistentes a la radiación se enfrentarían a otros retos si intentasen sobrevivir más allá de la Tierra. El experimento también demostró que B. subtilis fue capaz de adaptarse a niveles UV aún mayores que los encontrados en una Tierra primordial – lo que apunta a un potencial no revelado que aún yace en algunos organismos.
Escudos arriba
La supervivencia no significa que las bacterias no tengan límites. Los investigadores estimaron que las bacterias que sufrían “una exposición totalmente desnuda” sobrevivirían sólo dos minutos y medio en la superficie de la joven Tierra.
Por suerte para B. subtilis, el suelo que es su hogar debería proporcionar algo de protección bajo unas “circunstancias más naturales” de la Tierra. El hecho de que la bacteria pase la mayor parte de su vida en un estado de espora protectora también se añade a su línea temporal para supervivencia.
A la vez, los investigadores se aseguraron de que la aparente resistencia a la radiación en el experimento no procedía de ningún tipo de protección. Confirmaron la carencia de protección observando las moléculas fotoproductoras de ADN que resultaron de la exposición UV tanto en las células evolucionadas como en sus ancestros para asegurarse de que eran las mismas.
La capacidad bacteriana para reparar el ADN dañado puede cambiar en términos de velocidad, pero la capacidad de reparación global se mantiene inalterada, de acuerdo con Wassmann. Él y sus colegas siguen analizando cualquier cambio en las rutas de reparación.
“El secuenciado completo del genoma de una cepa adaptada a UV no arrojó alteraciones en los genes que codifican enzimas implicadas en la reparación del daño causado por UV”, explica Wassmann.
Microbios en el espacio
Los microbios mutantes no han permanecido dormidos desde sus cambios adaptativos. Los investigadores enviaron a la resistente bacteria terrestre a la Estación Espacial Internacional para una prueba real de resistencia a la radiación en el experimento espacial ADAPT, el cual estaba montado sobre la plataforma EXPOSE-E del módulo Columbus de la estación espacial. Las muestras retornaron a la Tierra a finales de septiembre de 2009.
Las esporas bacterianas durmientes han sido expuestas tanto a condiciones marcianas simuladas como al espacio durante 18 meses. Eso significa que habían sobrevivido no sólo a la dosis incrementada de radiación, sino también a la exposición al vacío y la pérdida de agua.
“La hipótesis a poner a prueba experimentalmente en ADAPT era si una presión selectiva de larga duración por parte de la radiación UV da como resultado una mayor resistencia UV, así como una mayor resistencia a otros factores ambientales ‘extremos’ del espacio”, dice Wassman.
La evaluación de los resultados del experimento espacial ha estado en marcha desde inicios de 2010. Pero los experimentos terrestres que crearon los microbios mutantes ya han señalado unas mayores consideraciones tanto para el pasado como el futuro de la humanidad en el espacio.
“Si este organismo aislado es capaz de fundar una nueva población bien adaptada, tiene mucho más potencial para habitar nuevos biotopos”, comenta Wassman. “Y esto tiene un gran impacto en distintos campos incluyendo, pero no limitándose a, la teoría de la panspermia y los temas de protección planetaria”.
Dada la capacidad de que incluso pueden reparar su ADN tras la exposición a radiación pequeños invertebrados conocidos como osos de agua de, aún se podrían esperar más sorpresas para los investigadores que estudian las bacterias.
لقد افتقدت الأرض خلال فترة شبوبيتها لحضور طبقة أوزون، تعمل كدرع واقي مضاد للإشعاع الشمسي ذو الطاقة الهائلة، مع ذلك، انتشرت أنواع البكتريا التي تكيّفت أو وجدت صيغ حماية أخرى لمواجهة المستويات العالية من الأشعة فوق البنفسجية. بدأ العلماء، حالياً، بإختبار الميكروبات الحديثة، لترى إمكانية تحملها لأجواء قاسية في الفضاء الخارجي للأرض أو في بيئات كوكبية أخرى.
أظهرت واحدة من دراسات العام المُنصرم نوع بكتيري أرضيّ، هو العصوية الرقيقة، قد تحول إلى كائن نموذجي في الإختبارات ويحمل رقم قياسي في البقاء على قيد الحياة في الفضاء الخارجي، حيث أمضى 6 أعوام في المحطة الفضائية التابعة لوكالة ناسا.
أثبت هذا النوع البكتيري قدرته على تطوير مقاومة للأشعة فوق البنفسجية تفوق بثلاث أضعاف مقاومة سلفه الأصلي أو مجموعة غير متعرضة للأشعه فوق البنفسجية، وبمرور 700 جيل بين عيش وموت في إختبار مخبري على الأرض.
بمقارنة النوع المتطفر المقاوم للإشعاع مع أسلافه ومع المجموعة غير المتعرضة للأشعه فوق البنفسجية، تأكَّدَ الباحثون بأنّ تكيفها مع الأشعه فوق البنفسجية، لم يأتِ من نموذج مقاوم للأشعه فوق البنفسجية متخفٍّ بين جماعة البكتريا الأصلية.
يقول الباحث في علم أحياء الاشعاعات ماركو فاسمان في المعهد الطبي الفضائيّ الجويّ التابع للمركز الجويّ الفضائيّ الألمانيّ:
"البارز هو قدرة كائن حيّ وحيد على التفاعل عبر التكيّف مع تغيرات بيئته أو وسطه المحيط".
هذا التكيّف مع الإشعاعات، يُسجّل إمكانية وجود بعض الميكروبات الباقية على قيد الحياة ضمن نيازك قديمة وجدت طريقها الى الأرض، ويتفق هذا مع نظرية التبذُّر الشامل.
بصورة شبيهة، تُشير القدرة التكيفية لإمكانية قيام بكتريا أرضية بإستعمار بيئات فضائية أكثر قساوة كما في المريخ، على الرغم أنّه حتى البكتريا الأكثر مقاومة للإشعاعات، ستواجه تحديات أخرى، فيما لو تحاول البقاء على قيد الحياة بعيداً عن الأرض. أثبت الإختبار، أيضاً، بأنّ تلك البكتريا استطاعت التكيّف مع مستويات أشعة فوق بنفسجية أعلى مما توفَّر في الأرض البدائيّة – الأمر الذي يسجّل وجود شيء كامن غير بارز، وما يزال مستتر لدى بعض الكائنات الحيّة.
دروع في الأعلى
القدرة على البقاء على قيد الحياة، لا تعني بأنّ البكتريا ليس لديها حدود معيّنة لا يمكنها تخطيها.
قدّر الباحثون بأنّ البكتريا التي عانت من "التعرّض المُباشر للإشعاعات" قد عاشت دقيقتين ونصف فقط على سطح الأرض الشابّة.
لحسن حظّ نوع البكتريا هذا، فقد توجّب على الأرض، التي تشكّل مسكنها، توفير حماية تحت تأثير "شروط أكثر طبيعية" في الأرض. في الواقع، أمضت تلك البكتريا القسم الأكبر من حياتها ضمن أبواغ حامية، ما ساهم في إبقائها على قيد الحياة. وفي ذات الوقت، يؤكد الباحثون بأنّ ظهور المقاومة للإشعاعات في الاختبار، لم تأتِ من أيّ نوع من الحماية الخارجية.
وما أكّد هذا، نقص الحماية الملحوظة في جزيئات دي إن إي DNA منتجة للضوء، والتي نتجت عن التعرض للأشعة فوق البنفسجية، سواء في الخلايا المتطورة كما في أسلافها لتأكيد أنها هي ذاتها. تتغيّر القدرة البكتيرية على إصلاح الدي إن إي المتعرض للأذى وفق معايير السرعه، لكن، بقيت القدرة على الإصلاح الإجمالي ثابتة، وفق كلام فاسمان. حيث يتابع هو وزملاؤه أيّ تغيّر في مسارات الإصلاح.
يشرح فاسمان هذا، قائلاً:
"السَلْسَلة الكاملة لجينوم واحدة من البكتريا المتكيفة مع الأشعة فوق البنفسجيّة، لم تُظهر أيّة تبدلات في الجينات التي تقونن أنزيمات تعمل على إصلاح الأذى، الذي تسببه الأشعة فوق البنفسجية".
لم تستمر البكتريا المتطفرة بحالة النوم إعتباراً من تغيراتها التكيفية. أرسل الباحثون البكتريا المقاومة الأرضية إلى المحطة الفضائية الدولية لإجراء إختبار حقيقي لمقاومة الإشعاع عبر الإختبار الفضائيّ ADAPT والذي حصل في محطة EXPOSE-E الفضائية ذات النموذج الشهير للمحطات الفضائية كولومبوس.
وقد أُعيدَت العينات الى الأرض بنهايات سبتمبر أيلول 2009.
عُرِّضَت أبواغ البكتريا النائمة سواء لظروف مريخيّة كما للفضاء لمدة 18 شهراً. وهذا معناه بأنها بقيت على قيد الحياة، ليس بظلّ جرعات زائدة من الإشعاعات فقط، بل بتعرضها للفراغ وخسارة المياه أيضاً.
يتابع فاسمان كلامه، ليقول:
"اختُبِرَت الفرضية تجريبياً في ADAPT، فيما لو كانت عملية ضغط إنتقائيّ لمدة طويلة لقسم من الأشعة فوق البنفسجية، فقد أعطت، كنتيجة، مقاومة هائلة للأشعة فوق البنفسجية، كما ولّدت مقاومة كبرى لعوامل بيئية أخرى "متطرفة" في الفضاء".
بدأ تقييم نتائج الإختبار الفضائيّ منذ بدايات العام 2010. لكن، أشارت الإختبارات الأرضية، التي خلقتها الميكروبات المتطفرة، لإعتبارات هامة سواء في ماضي أو في مستقبل البشرية في الفضاء.
فيما لو يتمكن هذا الكائن الحيّ المُنعزل من تأسيس جماعة جديدة متكيفة جيداً، بالتالي، ستمتلك فرصة أكبر للسكن في بيئات حيوية جديدة. ولهذا، تأثير كبير في حقول كثيرة مختلفة بشكل غير حصريّ، بما فيها نظرية التبذُّر ومواضيع الحماية التي توفرها الكواكب.
لدينا نوع من اللافقاريات الصغيرة هو بطيء الخطو أو دبّ الماء (في الصورة أعلاه) ويمكنه إصلاح الدي إن إي الخاص به إثر تعرضه للإشعاعات، وبالتالي، يمكن للباحثين دارسي البكتريا انتظار المزيد من المفاجآت.
