Svemir i nauka: Da li su ljudi mogli da zagade Mars

Dok čitate ovo, po površini Marsa trucka se jedna izuzetna mašina.

„Istrajnost" - rover veličine automobila koji se bezbedno prizemljio na površinu Marsa 18. februara ove godine - možda može da razvije najveću brzinu od manje od 152 metra na sat, ali sa sobom nosi široki dijapazon alata, instrumenata i eksperimenata koji su već doveli do revolucionarnih otkrića.

Na roveru dugom tri metra nalazi se mašina koja pretvara redak marsovski vazduh bogat ugljen dioksidom u kiseonik i helikopter veličine kutije za papirne maramice koji je izveo prvi upravljani, kontrolisani let na nekoj drugoj planeti.

Helikopter, po imenu Ingenioznost, do sada je izveo tri uspešna leta, svaki duži i viši od prethodnog.

Ali da li je još nešto pošlo na putovanje sa svim ovim hardverom?

Da li je neka bakterija ili spora sa Zemlje slučajno prenesena u svemir i preživela putovanje kako bi se nastanila na Marsu?

NASA i njeni inženjeri u Laboratoriji za mlaznu propulziju (JPL) imaju precizne i temeljne protokole za minimizovanje broja organizama koji bi nenamerno mogli da autostopiraju vožnju tokom svemirske misije.

Međunarodno dogovoreni standardi određuju koliko strogi ovi protokoli moraju da budu, a NASA ih ispunjava i, u nekim slučajevima, prevazilazi.

A opet, dve skorašnje studije ističu kako neki organizmi mogu da prežive proces čišćenja i putovanje do Marsa, a takođe i koliko brzo mikrobske vrste mogu da se razviju dok su u svemiru.

Prvo, krenimo od procesa koji je neophodan da bi se izgradio rover „Istrajnost", kao i većina svemirskih letelica napravljenih u pogonu za sastavljanje svemirskih letelica (SAF) u JPL-u.

Tu se svemirske letelice grade minuciozno sloj po sloj, kao crni luk, a sve se detaljno čisti pre nego što se doda novi.

Ove metode sprečavaju da bakterije, virusi, gljive ili spore na opremi budu poslate u misiju.

Svemirske letelice grade se u prostorijama sa filterima vazduha prema strogim procedurama biološke kontrole.

Njihov cilj je da osiguraju da samo nekoliko stotina čestica sme da kontaminira svaku kvadratnu stopu a idealno ne više od nekoliko desetina spora po kvadratnom metru.

Ali gotovo je nemoguće postići nula biomase na nekoj svemirskoj letelici.

Mikrobi su prisutni na Zemlji milijardama godina i svuda su.

Oni su u nama, na našim telima i svuda oko nas.

Neki se provuku čak i u najčistijim od čistih soba.

Pogledajte video: Kako zvuči vožnja na površini Marsa

U prošlosti, testovi za biološku kontaminaciju oslanjali su se na sposobnost gajenja (koje se često naziva „kultura") života iz uzoraka uzetih brisom sa opreme.

Novije metode koje koristimo moje kolege i ja uzimaju dati uzorak, izvuku iz njega sav DNK, i podvrgnu ga sekvenciranju „sačmaricom".

Kao što sam izraz govori, to je kao da prislonite sačmaricu uz ćelije uzorka, rasprsnuvši ih u milijardu malih fragmenata DNK i potom sekvencirate svaki pojedinačni deo.

Svaki komad (ili „očitana" sekvenca) može potom da se mapira nazad u poznate genome vrste koja je već prisutna u bazama podataka sekvenciranja.

Budući da sada možemo da sekvenciramo svu DNK koja je prisutna u čistim sobama a ne samo onu koja može da se uzgoji, imamo sveobuhvatniji pogled na to kakva vrsta mikroba može da se pronađe u čistoj sobi i da li uopšte može da preživi svemirski vakuum.

U čistim sobama JPL-a, pronašli smo dokaze mikroba koji imaju potencijal da budu problematični tokom svemirskih misija.

Ovi organizmi povećali su broj gena za oporavak DNK, darujući im veću otpornost na radijaciju, mogu da formiraju biofilmove na površinama i opremi, i mogu da prežive isušivanje i cvetaju u hladnim okruženjima.

Ispostavlja se da čiste sobe mogu da posluže kao evolutivni proces selekcije za najotpornije mikrobe koji potom imaju veće šanse da prežive putovanje do Marsa.

Ovi nalazi imaju velike implikacije na oblik planetarne zaštite po imenu „kontaminacija unapred". Tako bismo nešto mogli da donesemo (slučajno ili namerno) na drugu planetu.

Važno je pružiti bezbednost i očuvanje svakog života koji postoji negde u Univerzumu, zato što bi novi organizmi mogli da naprave haos kad stignu u drugi ekosistem.

Ljudi imaju prilično loš učinak kad je u pitanju to isto na našoj vlastitoj planeti. Velike boginje, na primer, raširene su preko ćebadi datih domorocima u Severnoj Americi u 19. veku.

Čak i 2020. godine, nismo uspeli da zaustavimo brzo širenje virusa koji izaziva Kovid-19, SARS-CoV-2.

„Kontaminacija unapred" nepoželjna je i sa naučne tačke gledišta.

Naučnici moraju da budu sigurni da je bilo koje otkriće života na drugoj planeti istinski domaća pojava koja je potekla odatle, umesto lažne identifikacije kontaminacije koja izgleda strano, ali je zapravo poreklom sa Zemlje.

Mikrobi bi potencijalno mogli da autostopiraju na putu do Marsa, čak i nakon čišćenja pred lansiranje i izloženosti radijaciji u svemiru.

Njihovi genomi mogli bi toliko da se izmene da izgledaju istinski neovozemaljski. Nedavno smo videli da su se novi mikrobi razvili na Međunarodnoj svemirskoj stanici.

Iako inženjeri NASA rade vredno na tome da se izbegne uvođenje takvih vrsta u marsovsku zemlju ili vazduh, bilo koji znaci života na Marsu moraju pažljivo da se istraže da bismo bili sigurni da nisu potekli odavde sa Zemlje.

Ako se to ne uradi, moglo bi da pokrene istraživanje na pogrešnim osnovama o univerzalnim svojstvima života ili marsovskog života.

Mikrobi poneti u svemir mogli bi da budu i razlog za neposrednu zabrinutost astronauta - oni predstavljaju rizik po njihovo zdravlje a možda čak dovedu i do kvara opreme za održavanje u životu ako bude zagušena kolonijama mikroorganizama.

Ali zaštita planete je dvosmerna.

Druga komponenta zaštite planete je izbegavanje „kontaminacije unazad", kada nešto što se vrati na Zemlju predstavlja potencijalni rizik po život na našoj vlastitoj planeti, a među njima i ljude.

Ovo je tema mnogih naučnofantastičnih filmova, u kojima neki fiktivni mikrob ugrožava sav život na Zemlji.

Ali kad misija NASA i Evropske svemirske agencije (ESA) bude lansirana ka Marsu 2028. godine, to bi mogla da postane vrlo realna mogućnost.

Ako sve bude išlo prema sadašnjim planovima, Misija povratka uzoraka sa Marsa vratiće prve marsovske uzorke na Zemlju 2032. godine.

Prošle studije ukazale su na to da je vrlo malo verovatno da uzorci sa Marsa sadrže aktivnu, opasnu biologiju - a „Istrajnost" traži bilo kakve znake koje je mogao da ostavi drevni mikrobski život na planeti.

Ali NASA i ESA kažu da preduzimaju sve dodatne mere predostrožnosti kako bi bili sigurni da će svi uzorci koji se vrate sa Marsa biti bezbedno zatvoreni u višeslojni sistem izolacije.

Postoji šansa, međutim, da bi, ako i otkrijemo znake života na Marsu, on mogao da potekne sa Zemlje.

Još otkako su prve dve sovjetske sonde sletele na površinu Marsa 1971. godine, posle čega je usledio američki Viking 1 1976. godine, velika je verovatnoća da je bilo nekih fragmenata mikrobske, a možda čak i ljudske DNK na Crvenoj planeti.

Imajući u vidu globalne peščane oluje i količine DNK u naznakama koje su mogle da pođu sa svemirskom letelicom, moramo da budemo sigurni da se ne zavaravamo da život koji pronađemo nije potekao sa Zemlje.

Ali čak i ako je rover „Istrajnost" - ili misije koje su mu prethodile - zaista slučajno poneo sa sobom organizme ili DNK sa Zemlje na Mars, mi imamo načina da ga razlikujemo od bilo kakvog života koji je poreklom istinski marsovski.

Skrivene u okviru sekvence DNK nalaziće se informacije o njegovom poreklu.

Aktivni projekat nazvan Metasab (metagenomika podzemnih železnica i urbanih bioma) sekvencira DNK pronađen u više od 100 svetskih gradova.

Istraživači iz naše laboratorije, timovi Metasaba i grupa u Švajcarskoj objavili su ove i druge globalne metagenomske podatke kako bi sačinili „planetarni genetski indeks" sve sekvencirane DNK koja je zabeležena.

Poređenjem DNK pronađene na Marsu sa sekvencama viđenim u čistim sobama JPL-a, podzemnim železnicama sveta, kliničkim uzorcima, otpadnim vodama i na površini rovera „Istrajnost" pre nego što je napustio Zemlju, trebalo bi da je moguće zaključiti da li je ta DNK stvarno nova.

Čak i ako je naše istraživanje Sunčevog sistema nenamerno odnelo mikrobe na druge planete, velika je verovatnoća da oni neće biti isti kao kad su napustili Zemlju.

Probna svemirska putovanja i neobična okruženja sa kojima su se susrela sigurno su ostavila traga i navela ih da se razvijaju.

Ako se organizam sa Zemlje prilagodio na svemir, ili Mars, genetski alati koje imamo na raspolaganju mogli bi da nam pomognu da shvatimo kako i zašto su se ti mikrobi promenili.

I zaista, neobična nova vrsta nedavno otkrivena na Međunarodnoj svemirskoj stranici u JPL-u i našoj laboratoriji sadržala je neke od sličnih adaptacija onima viđenim u čistim sobama (uključujući otpornost na visoke stepene radijacije).

Kako se sve ekstremnija biologija beleži u programu nazvanom Program ekstremnog mikrobioma, tako raste i potencijal da se iskoriste alati iz njihovog evolutivnog arsenala za budući rad na Zemlji.

Mogli bismo da iskoristimo njihove adaptacije u potrazi za novim kremama za sunčanje, na primer, ili novim enzimima za oporavak DNK koji mogu da nas zaštite od štetnih mutacija koje dovode do rakova, ili kao pomoć u izradi novih lekova.

Na kraju će ljudi kročiti na Mars, noseći sa sobom koktel mikroba koji žive na našim telima i u njima. I ovi mikrobi će se najverovatnije prilagoditi, mutirati i promeniti.

A moći ćemo i da učimo od njih.

Možda će čak život na Marsu učiniti podnošljivijim onima koji budu išli tamo, budući da se jedinstveni genomi koji se prilagode marsovskom okruženju mogu sekvencirati, prebaciti nazad na Zemlju na dalju karakterizaciju i potom iskoristiti za terapeutiku i istraživanje na obe planete.

Imajući u vidu sve planirane misije na Mars, nalazimo se nadomak nove ere interplanetarne biologije, kada ćemo naučiti sve o adaptaciji organizma na jednoj planeti i primeniti to na drugu.

Lekcije evolucije i genetskih adaptacija upisane su u DNK svakog organizma, a marsovsko okruženje neće biti drugačije.

Mars će upisati novu selekciju pritisaka na organizam koju ćemo videti kad ga budemo sekvencirali, otvorivši potpuno novi katalog evolutivne literature.

To nije samo iz dokone znatiželje, već dužnost naše vrste da zaštitimo i sačuvamo sve druge vrste.

Samo ljudi razumeju izumiranje i stoga samo ljudi mogu da ga spreče, što važi danas jednako kao i za milijardu godina, kad okeani Zemlje budu počeli da ključaju i planeta postane suviše vrela za život.

Neizbežno je da će doći do nekakvog transfera ljudske i mikrobske biologije kad budemo počeli da odlazimo ka drugim zvezdama, ali, u tom slučaju, nećemo imati izbora.

Kad se sve sabere i oduzme, pažljiva i odgovorna „kontaminacija unapred" jedini je način da se sačuva život, a to je korak koji moramo da počnemo da pravimo u sledećih 500 godina.

Ovaj članak je ažuriran 13. maja 2021. godine da bi pružio dodatne informacije o procedurama zaštite planete koje koristi NASA i tokom Misije povratka uzoraka sa Marsa.

Ranija verzija je netačno navela da NASA sterilizuje komponente svemirskih letelica pre sastavljanja, a to je sada ispravljeno, budući da procedure za zaštitu planete ne zahtevaju sterilizaciju individualnih komponenti.

*Kristofer Mejson je profesor genomike, fiziologije i biofizike na Medicinskom fakultetu Vejl Kornel, na Univerzitetu Kornel.

On istražuje molekularne i genetske efekte dugoročnog svemirskog leta sa ljudskom posadom na NASA i druge astronaute, kao i dizajn novih tipova ćelija za terapiju raka, i autor je nove knjige koju je objavio MIT pres- Narednih 500 godina: Građenje života da bi stigao do novih svetova.

Pratite nas na Fejsbuku i Tviteru. Ako imate predlog teme za nas, javite se na [email protected]