Čovječanstvo je poslalo oko 30 svemirskih letjelica na Crvenu planetu od početka svemirskog doba. Sada znamo koji su mikrobi mogli preživjeti putovanje, kaže genetičar Kristofer Mejson.

Nevjerovatna mašina "trčkara" Marsom dok čitate ove redove. "Perseverence", odnosno "Istrajnost" - Nasin rover veličine automobila sletio je na površinu ove planete 18. februara, zajedno s nizom instrumenata i alata, u namjeri da izvrši revolucionarne eksperimente.

Na površini rovera dužine tri metra nalazi se mašina koja je tanki marsovski vazduh bogat ugljen-dioksidom pretvorio u kiseonik i helikopter koji je izvršio prvi, kontrolisani let na drugoj planeti. Helikopter, nazvan "Ingenuity" ili "Domišljatost", sada je izvršio tri uspješna leta, svaki duži i veći od prethodnog.

Ali da li se još nešto pojavilo sa svim ovim hardverom? Da li je bakterija ili drugi mikrob u tragovima sa Zemlje mogla slučajno biti prenesena u svemir i preživjeti putovanje kako bi stvorila svoj novi dom na Marsu?

NASA i njeni inženjeri u Laboratoriji za mlazni pogon (JPL) imaju precizne i temeljne protokole kako bi smanjili broj organizama koji bi mogli nehotice da se nađu u svemirskoj misiji. Međunarodno dogovoreni standardi upućuju na to koliko ovi protokoli treba da budu rigorozni i NASA ih ispunjava, a u nekim slučajevima i premašuje. Ipak, dvije nedavne studije ističu kako neki organizmi mogu preživjeti proces čišćenja, a takođe i putovanje na Mars, kao i koliko brzo se mikrobne vrste mogu razvijati dok su u svemiru.

Prvo, krenimo s postupkom koji je bio potreban za izgradnju rovera "Perseverance", kao i većine svemirskih letjelica napravljenih u JPL-ovom postrojenju za sastavljanje letjelica (SAF). Tamo se svemirske letjelice mukotrpno grade jedan po jedan sloj, poput luka, i svi dijelovi se čiste prije nego što se doda još jedan. Ove metode ograničavaju bakterije, viruse, gljivice ili mikrobe na opremi koja se šalje u misiju.

Svemirske letjelice su izgrađene prostorije sa vazdušnim filterima podvrgnuti strogim postupcima biološke kontrole. Oni su dizajnirani da osiguraju da samo nekoliko stotina čestica može kontaminirati svaki kvadratni metar, a idealno ne više od nekoliko desetina mikroba po kvadratnom metru.

Ali, gotovo je nemoguće doći do nulte biomase svemirskog broda. Mikrobi su na Zemlji milijarde godina i ima ih svuda. Oni su u nama, na našim telima i svuda oko nas. Neki se mogu provući i kroz najčistiju "čistu sobu".

Stigli smo na Mars - i, šta sad?

U prošlosti su se testovi za biološku kontaminaciju oslanjali na sposobnost rasta (često nazivanog kultivisanjem) života iz uzoraka uzetih iz opreme. Novije metode koje koriste moje kolege i ja uzimamo dati uzorak, izdvajam svu DNK, a zatim je sekvenciram "sačmaricom". Kao što termin podrazumijeva, to je kao da sačmaricom odnesete ćelije uzorka, minirate ih u milijarde malih fragmenata DNK, a zatim sekvencirate svaki komad. Svaki komad (ili "pročitana" sekvenca) se zatim može preslikati natrag u poznate genome vrsta koji su već prisutni u bazama podataka o sekvencama.

"Čiste sobe" mogu da posluže kao evolutivni postupak odabira najtvrđih buba koje bi tada mogle da imaju veće šanse da prežive putovanje do Marsa.

Budući da sada možemo sekvencirati svu DNK koja je prisutna u "čistim sobama", a ne samo one koje bi mogle da se uzgajaju, dobili smo sveobuhvatniji uvid u to kakvi se mikrobi mogu naći u čistoj sobi i da li bi mogli da prežive vakuum svemira.

Uspio istorijski let helikoptera na Marsu

U "čistim sobama" JPL-a pronašli smo dokaze o mikrobima koji mogu biti problematični tokom svemirskih misija. Ovi organizmi imaju povećan broj gena za obnavljanje DNK, pružajući im veću otpornost na zračenje, mogu da formiraju biofilmove na površinama i opremi, mogu da prežive sušenje i uspijevaju u hladnom okruženju. Ispostavilo se da bi "čiste sobe" mogle poslužiti kao evolutivni postupak odabira za najtvrđe bube koje bi tada mogle imati veće šanse da prežive putovanje do Marsa.

Ova otkrića imaju implikacije na oblik planetarne zaštite koji se naziva "direktna kontaminacija". Ovdje bismo mogli nešto (slučajno ili namjerno) donijeti na drugu planetu. Važno je osigurati sigurnost i očuvanje bilo kog života koji bi mogao postojati negdje drugdje u Univerzumu, jer novi organizmi mogu pustošiti kada dođu u novi ekosistem.

Mi, ljudi, imamo loša iskustva s mikroorganizmima na našoj planeti. Na primjer, male boginje su se širile na ćebadima darovanim starosjedeocima Sjeverne Amerike u 19. vijeku. Čak ni 2020. godine nismo uspjeli da zaustavimo brzo širenje virusa koji uzrokuje kovid 19.

Kako je Srpkinja spustila rover na Mars?

Kontaminiranje unaprijed je nepoželjno i iz naučne perspektive. Naučnici moraju da budu sigurni da je svako otkriće života na drugoj planeti tamo zaista izvorno, umjesto da je lažno identifikovano zagađenje izvanzemaljskog izgleda, ali uzgojeno na Zemlji. Mikrobi bi potencijalno mogli da stopiraju svoj put do Marsa, čak i nakon čišćenja prije lansiranja i izlaganja zračenju u svemiru. Njihovi genomi se mogu toliko promijeniti da izgledaju zaista onostrano. Nedavno smo vidjeli da su novi mikrobi evoluirali na Međunarodnoj svemirskoj stanici.

Iako se Nasini inženjeri trude da izbjegnu unošenje takvih vrsta u marsovsko tlo ili vazduh, svi znaci života na Marsu morali bi da budu pažljivo ispitani kako bi se osiguralo da ne potiču ovdje, sa Zemlje. Ako to ne učine, potencijalno bi moglo da podstakne pogrešno istraživanje univerzalnih karakteristika života ili marsovskog života.

Mikrobi koji se prenose u svemir takođe mogu neposrednije zabrinuti astronaute - predstavljajući rizik za njihovo zdravlje i možda čak uzrokujući kvar opreme za održavanje života ako se natapaju kolonijama mikroorganizama.

Ali planetarna zaštita je dvosmjerna. Druga komponenta planetarne zaštite je izbjegavanje "zagađenja unazad", gdje nešto vraćeno na Zemlju predstavlja potencijalni rizik za život na našoj planeti, uključujući i ljude. Ovo je tema mnogih naučnofantastičnih filmova, gdje neki izmišljeni mikrobi prete cijelom životu na Zemlji. Ali kada se misija NASA i Evropske svemirske agencije (ESA) pokrene prema Marsu 2028. godine, to bi moglo postati stvarnost koju moramo razmotriti - ako sve bude išlo prema trenutnim planovima, misija za povratak uzoraka Marsa vratiće prve uzorke Marsa na Zemlju 2032. godine.

Prethodne studije su pokazale da je malo vjerovatno da uzorci Marsa sadrže aktivnu, opasnu biologiju - a "Perseverance" traži bilo kakve znakove koje je možda ostavio drevni mikrobni život na planeti. Ali NASA i ESA kažu da preduzimaju dodatne mjere predostrožnosti kako bi osigurali da svi uzorci vraćeni sa Marsa budu bezbjedno sadržani u višeslojnom sistemu izolacije.

Međutim, postoji šansa da je, ako otkrijemo znakove života na Marsu, on uopšte mogao doći sa Zemlje. Otkako su prve dvije sovjetske sonde sletjele na površinu Marsa 1971. godine, a zatim američki Viking 1 1976. godine, vjerovatno je na Crvenoj planeti bilo nekih fragmenata mikrobne, a možda i ljudske DNK. S obzirom na globalne oluje prašine i količine DNK u tragovima koje su mogle da prođu sa ovim svemirskim brodovima, moramo da budemo sigurni da se ne zavaravamo da život koji pronađemo nije porijeklom sa Zemlje.

Ali čak i ako su "Perseverance" - ili misije koje su joj prethodile - slučajno prenijele organizme ili DNK sa Zemlje na Mars, mi to možemo razlikovati od bilo kog života koji je istinski marsovskog porijekla. Skrivene u DNK sekvenci biće informacije o njenom porijeklu. Tekući projekat pod nazivom Metasub (metagenomija podzemnih željeznica i urbanih bioma) vrši sekvenciranje DNK pronađene u više od 100 svjetskih gradova. Istraživači iz naše laboratorije, Metasub timovi i grupa u Švajcarskoj upravo su objavili ove i druge globalne metagenomske podatke stvoriti "planetarni genetski indeks" svih sekvenciranih DNK koji je ikada primijećen.

Upoređivanjem bilo koje DNK pronađene na Marsu sa sekvencama viđenim u čistim sobama JPL-a, podzemnim željeznicama svijeta, kliničkim uzorcima, otpadnim vodama ili površinom rovera "Perseverance" prije nego što je napustio Zemlju, trebalo bi da bude moguće utvrditi da li su zaista novi.

Rover napravio prvih pet grama kiseonika na Marsu

Čak i ako je naše istraživanje Sunčevog sistema nehotice prenijelo mikrobe na druge planete, vjerovatno neće biti iste kao što je bilo kada je napustio Zemlju. Suđenja svemirskim putovanjima i neobičnim okruženjima s kojima se susreću ostaviće svoj trag i doveli do njihove evolucije.

Ako se organizam sa Zemlje prilagodio svemiru ili Marsu, genetski alati kojima raspolažemo mogli bi da nam pomognu da shvatimo kako su se i zašto mikrobi promijenili.

Zapravo, neobične nove vrste koje su nedavno otkrili na MSS (Međunarodnoj svemirskoj stanici) naučnici iz JPL-a i naše laboratorije uključuju neke slične adaptacije kao one pronađene u "čistim sobama" (uključujući otpornost na visok nivo zračenja). Kako se sve više i više ekstremne biologije katalogizira u programu koji se naziva Projekat ekstremnih mikrobioma, takođe postoji potencijal da se alati u njihovom evolucionom alatu koriste za budući rad ovdje na Zemlji. Njihove adaptacije možemo koristiti za traženje novih sredstava za zaštitu od sunca, na primjer, ili novih enzima za popravku DNK koji mogu zaštititi od štetnih mutacija koje dovode do karcinoma ili pomoći u razvoju novih lijekova.

Na kraju, ljudi će kročiti na Mars, noseći sa sobom koktel mikroba koji žive van i unutar našeg tijela. I ovi mikrobi će se vjerovatno prilagoditi, mutirati i promijeniti. A i mi možemo da učimo od njih. Oni čak mogu da učine život na Marsu podnošljivijim za one koji tamo odu, jer bi se jedinstveni genomi koji se prilagođavaju Marsovom okruženju mogli sekvencirati, prenijeti natrag na Zemlju radi daljeg karakterizovanja, a zatim koristiti za terapiju i istraživanje na obje planete.

Uzevši u obzir sve planirane Marsovske misije, mi smo na ivici nove ere međuplanetarne biologije, gdje ćemo naučiti o prilagođavanjima organizma na jednoj planeti i primijeniti ih na drugoj. Lekcije o evoluciji i genetskim adaptacijama upisane su u DNK svakog organizma, a marsovsko okruženje neće biti drugačije. Mars će napraviti svoj novi selekcioni pritisak na organizme koji ćemo vidjeti kada ih poređamo, otvarajući potpuno novi katalog evolucione literature.

Ovo nije samo zbog prazne radoznalosti, već je dužnost naše vrste da zaštiti i sačuva sve druge vrste.

Samo ljudi razumiju izumiranje, a samim tim samo ljudi mogu to da spriječe, što važi i danas, kao i milijardama godina, kada Zemljini okeani počinju da kipe i planeta postaje prevruća za život. Neizbježno je da se dogodi neki prenos ljudske i mikrobne biologije kada počnemo da idemo ka drugim zvijezdama, ali u tom slučaju nećemo imati izbora. Na kraju, pažljivo i odgovorno zagađivanje unaprijed jedini je način da se sačuva život i to je korak koji moramo započeti tokom sljedećih 500 godina.