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Wissenschaftler entdecken, dass exponierte Bakterien im Weltraum jahrelang überleben können | Wissenschaft

Eingerahmt von einer unendlichen Kulisse aus dunklem, leblosem Weltraum montierte ein Roboterarm auf der Internationalen Raumstation im Jahr 2015 eine Kiste mit exponierten Mikroben auf einem Handlauf 250 Meilen über der Erde. Die herzhaften Bakterien hatten keinen Schutz vor einem Ansturm kosmischer Ultraviolett-, Gamma- und Röntgenstrahlen. Zurück auf der Erde fragten sich Wissenschaftler, ob die Keime diese Bedingungen bis zu drei Jahre überleben könnten, wie lange das Experiment dauerte und was die Ergebnisse den Forschern über die Fähigkeit des Lebens sagen könnten, zwischen Planeten zu reisen.

Mikrobiologen haben Jahrzehnte damit verbracht, Extremophile zu untersuchen, Organismen, die extreme Bedingungen ertragen, um an den mysteriösen Fäden zu ziehen, wie das Leben auf der Erde erblühte. Einige Extremophile können mehrere Tage ungeschützt im Weltraum leben; andere können jahrelang aushalten, aber nur, indem sie sich ein Zuhause in den Felsen schaffen. Diese Ergebnisse untermauern die Theorie, dass Leben, wie wir es kennen, zwischen Planeten innerhalb von Meteoriten oder Kometen übertragen werden kann. Jetzt, neue Erkenntnisse heute veröffentlicht in Grenzen in der Mikrobiologie, anhand dieses Experiments auf der Internationalen Raumstation zeigen, dass die Bakterien Deinococcus radiodurans kann mindestens drei Jahre im Weltraum überleben. Akihiko Yamagishi, Mikrobiologe an der Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences, der die Studie leitete, sagt, dass die Ergebnisse auch darauf hindeuten, dass mikrobielles Leben zwischen Planeten ohne Gesteinsschutz wandern könnte.

Die Studie fand außerhalb von Japans Kibo-Labor auf der Internationalen Raumstation. Aber lange bevor Yamagishis Experiment in die Umlaufbahn gelangte, wollte die japanische Weltraumforschungsbehörde JAXA, dass sein Team sie vorzeitig davon überzeugte, dass es erfolgreich sein würde. Wir wollten sagen: ‚Wir wissen es nicht – wir müssen es einfach ausprobieren.‘ Aber das sei für Weltraumexperimente nicht erlaubt, sagt Yamagishi. Also mussten wir überlegen, wie wir sie überzeugen können.





Yamagishi und sein Team hatten mehrere Bakterienarten in Betracht gezogen, und Deinococcus radiodurans sich als außergewöhnlich herausgestellt. Zwischen 2010 und 2015 führte sein Team Experimente durch D. radiodurans gegen simulierte Bedingungen der Internationalen Raumstation. Sie bestrahlten die Käfer mit hoher Strahlung, senkten den Druck auf ein raumähnliches Vakuum und schwankten die Temperaturen in nur 90 Minuten um 140 Grad Fahrenheit. Sie fanden heraus, dass die Zellen bemerkenswert widerstandsfähig gegen Stress waren. Wir haben gezeigt, dass [die Bakterien] überleben werden, indem sie diese Experimente vor Ort durchführen, und sie haben uns akzeptiert und uns geglaubt, sagt er. Das Team erhielt die Genehmigung von JAXA und ihr astrobiologisches Experiment sollte im April 2015 mit einer SpaceX-Rakete starten.

Bei dem geplanten Experiment kam es vor dem Start zu einem Schluckauf. Ursprünglich hatten Yamagishi und sein Team geplant, Astronauten die Experimente durchführen zu lassen, aber sie erfuhren, dass sie keine Möglichkeit mehr hatten, die Experimente durchzuführen angebundene wissenschaftliche Experimente draußen der Internationalen Raumstation. Glücklicherweise konnte das Team ein Experiment mit diesem Roboterarm entwerfen.



Mit der SpaceX-Rakete stiegen drei Bakteriengruppen auf: eine für ein Jahr Exposition, eine andere für zwei Jahre und eine weitere für drei. Nachdem die Astronauten die Platten vorbereitet hatten, griff ein von der Erde aus gesteuerter Roboterarm die Platten und setzte sie ein. Jede Platte enthielt zwei kleine Aluminiumplatten, die mit 20 flachen Vertiefungen für unterschiedlich große Bakterienmassen übersät waren. Ein Schild zeigte nach unten zur Internationalen Raumstation; der andere wies auf den Kosmos hin.

Jedes Jahr entfernte Kibos Roboterarm die Plattform, auf der die Platten befestigt waren, und brachte sie zurück in die ISS, damit Astronauten Proben zur Analyse zur Erde zurücksenden konnten. Ihre Ergebnisse zeigen, dass die Deinokokken Bakterien überlebten das dreijährige Experiment. Deinokokken Bakterienzellen in den äußeren Schichten der Massen starben, aber diese toten äußeren Zellen schützten die inneren vor irreparablen DNA-Schäden. Und wenn die Massen groß genug waren – immer noch dünner als ein Millimeter – überlebten die Zellen im Inneren mehrere Jahre.

Es erinnerte mich genau an die Strategie, die Cyanobakterien in den Anden anwenden, sagt Nathalie Cabrol, eine Astrobiologin, die nicht an der Studie beteiligt ist und das Carl Sagan Center for Research des Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) Institute leitet. Cabrol hat untersucht, wie Cyanobakterien, eine der ältesten Lebensformen der Erde, die intensive Sonneneinstrahlung ertragen, indem sie sich in Schichten organisieren, in denen Zellen außen absterben und innen überleben. Sie war erfreut darüber, was uns diese Ergebnisse über Extremophile auf der Erde sagen können.



Jenseits nur der schützenden Zellschichten in den Massen, D. radiodurans , sind bemerkenswert resistent gegen Strahlungsschäden. Ihre Gene kodieren für einzigartige Proteine, die DNA reparieren. Während menschliche Zellen etwa zwei DNA-Kopien tragen und die meisten Bakterienzellen eine, D. radiodurans enthalten bis zu 10 überflüssige Kopien. Mit mehr Kopien wichtiger Gene können die Zellen mehr Kopien der Proteine ​​produzieren, die durch Strahlung beschädigte DNA fixieren. Dieser inhärente Abwehrmechanismus, kombiniert mit schützenden äußeren Zellschichten, hielt die Mikroben trotz der Strahlung, die über 200-mal höher war als die der Erde, am Leben.

Anhand ihrer Daten, wie sich jedes weitere Jahr auf die Zellen ausgewirkt hat, sagt das Team voraus, dass Reisen D. radiodurans Massen könnten zwischen Erde und Mars zwei bis acht Jahre überleben – und umgekehrt. So sei es möglich, während des Transports zu überleben, sagt er. Das sagt uns, dass wir den Ursprung des Lebens nicht nur auf der Erde, sondern auch auf dem Mars berücksichtigen müssen.

D. radiodurans ist nicht der einzige Organismus, von dem bekannt ist, dass er im Weltraum überlebt. Frühere Studien zeigten, dass Bärtierchen bei direkter Exposition nur 10 Tage überleben. Wissenschaftler haben auch getestet Bazillus und Deinokokken Bakterien über weite Strecken im Orbit, aber nur unter Schutz vor toxischer Strahlung.

[Diese Studien] schlagen vor, dass Mikrobensporen im Gestein überleben könnten – das ist Lithopanspermie , sagt Yamagishi. Lithopanspermie ist eine Variation der Theorie der Panspermie, die davon ausgeht, dass das Leben auf der Erde von Mikroben eines anderen Planeten stammen könnte. Aber Yamagishi sagt, dass seine Ergebnisse von Extremophilen, die jahrelanger direkter Exposition ohne Gesteine ​​standhalten, Anlass für einen neuen Begriff sind: Massenpanspermie. Diese Theorie legt nahe, dass Mikroben eher in Klumpen als in Gesteinen auf der Erde gelandet sind.

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Andere Experten zögern jedoch, Massapanspermie zu akzeptieren.

Ich war schon von der Idee überzeugt, dass Leben zwischen Erde und Mars hätte übertragen können, sagt Natalie Grefenstette, eine theoretische Astrobiologin am Santa Fe Institute, die nicht mit der Arbeit verbunden ist. Beweise für Lithopanspermie haben sie davon überzeugt, dass die Übertragung von Leben möglich ist, aber sie sieht eine große Einschränkung für Massapanspermie: Frei schwebende Zellmassen müssten den Ausstoß von einem Planeten und den Wiedereintritt auf einen anderen überleben. Das sind enorme Anforderungen, sagt sie. Sie vermutet, dass ein reisender Klumpen freiliegender Zellen vor der Landung wie Meteoriten verglühen würde.

Cabrol stellt auch die Möglichkeit einer Massapanspermie in Frage. Zeigt das radiodurans kann drei Jahre überleben, wenn es geschichtet ist, ist sehr weit von den Zahlen entfernt, die wir brauchen radiodurans um den Sprung zum Mars zu schaffen. Obwohl jahrelange Reisen theoretisch möglich sind, Wissenschaftler schätzen dass es bis zu mehrere Millionen Jahre dauern kann, bis Materie einen Planeten verlässt und auf einem anderen innerhalb des Sonnensystems landet.

Die Relevanz dieser Studie liegt weniger darin, zu beweisen, dass Massapanspermie oder Panspermie möglich sind, sagt Cabrol. Aber für mich zeigt es, dass wir sein müssen äußerst Seien Sie vorsichtig mit unserer Kontamination, wenn wir zum Mars fliegen.

Viele Länder haben den Weltraumvertrag unterzeichnet, was es ihnen verbietet Mikroben auf andere Planeten zu bringen (und zu verschütten). Wenn eine Raumsonde zum Beispiel versehentlich Mikroben auf dem Mars verschüttet, würde dies zukünftige Missionen zur Suche nach Leben auf dem Planeten verderben. Wissenschaftler würden nicht mit absoluter Sicherheit wissen, ob sie Mars-Mikroben entdeckten. Die NASA ging zu tolle längen um den Rover Mars 2020 zu sterilisieren, indem Sie ihn bei sterilen Temperaturen backen und alle Teile mit steriler Kleidung abwischen. Diese Studie unterstreicht, wie überraschend wichtig es ist, jedes Raumfahrzeug vollständig frei von Mikroben zu halten.

Yamagishi hofft, noch weiter von der Erde entfernt weitere Expositionsexperimente durchführen zu können, einschließlich der von der NASA vorgeschlagenen Mondtor nahe dem Mond. Und um Fragen nach den Ursprüngen des Lebens voranzutreiben, entwickelt sein Team ein Mikroskop nach Leben unter der Marsoberfläche zu suchen.

„In Umgebungen, in denen wir nicht dachten, dass das Leben überleben könnte, wissen wir jetzt, dass es das kann“, sagt Grefenstette. 'Dies zeigt auch diese Studie – also stoßen wir ständig die Barriere dessen zurück, was das Leben auf der Erde erreichen kann.'





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