ИСТИНА

В проекте проведено лабораторное моделирования комплексного воздействия космических факторов (вакуум, низкие температуры, высокие дозы облучения ионизирующей радиацией) на устойчивость потенциальных биомаркеров в поверхностных слоях Марса и ледяных тел (Европа, Энцелад, кометы и т.д.). Основное внимание уделено воздействию экстремально больших доз гамма-облучения и облучения электронами высоких энергий в диапазоне от 0,01 Мрад до 1 Мрад. Рассчитано время жизнеспособности микробных систем, клеток, биогенных молекул в естественной минеральной среде (грунте) при моделировании основных параметров физических условий поверхностных слоев Марса и ледяных тел. На основании анализа устойчивости к совокупному воздействию физических факторов обосновывается выбор перспективных целевых биомаркеров для астробиологического поиска в будущих автоматических космических миссиях к этим объектам Солнечной системы.

In this research the laboratory modeling of complex effect of cosmic factors (vacuum, low temperatures, high doses of ionizing radiation) on the stability of potential biomarkers in the surface martian layers and ice bodies (Europe, Enceladus, comets, etc.) was carried out The main attention was paid to the effects of extremely large doses of gamma radiation and high-energy electron irradiation in the range from 0.01 Mrad to 1 Mrad. Viability time of microbial ecosystems, cells and biogenic molecules in the native mineral environment (soil, regolith) was calculated when modeling the basic parameters of the physical conditions in the surface layers of Mars and icy bodies. Based on the analysis of resistance to the combined effects of physical factors, the choice of promising target biomarkers for search for life on different objects of the Solar System in future automatic space missions was substantiated.

Будут получены данные сравнительной устойчивости биомаркеров: ферментов, липидов, микроорганизмов, а также естественных микробных экосистем земного типа к воздействию различных компонентов космического излучения (электроны, протоны) дозами 100 крад - 1 Град и более в условиях комплексного воздействия космических факторов (низкая температура, вакуум). В работе будет изучено изменение физиологического состояния и биохимической активности микробных сообществ и устойчивых доминирующих бактериальных популяций при воздействии возрастающей нагрузки экстремальных космических факторов, определены наиболее устойчивые микроорганизмы. Предполагается, что будет выяснен предел устойчивости клеток и биологических молекул в различных средах в моделируемых космических условиях. Будут проведены расчеты доз радиации аккумулируемых за длительный период времени в поверхностном слое марсианского грунта при облучении галактическими и солнечными космическими лучами для различных моделей эволюции атмосферы Марса. Моделирование будет включать возможный вклад сверхмощных солнечных и Галактических событий и столкновений Солнечной системы с плотными мжзвездными облаками. Для Европы и Ганимеда будут проведены расчеты с учетом интенсивных потоков высокоэнергичных частиц в магнитосфере Юпитера. Это позволит оценить типы и длительность существования биомаркеров в верхних слоях грунта Марса и ледяных спутников планет гигантов, в первую очередь, Европе, а также рассчитать потенциальную длительность сохранения клеток и/или биомаркеров в космической среде в составе малых тел, в частности, марсианских метеоритов. Получение такого рода данных необходимо для планирования автоматических космических миссий, решающих астробиологические задачи, развития стратегии астробиологических исследований в Солнечной системе. Будут идентифицированы наиболее устойчивые микроорганизмы, как в естественном грунте, так и культуры штаммов-изолятов, исследованы их физиолого-биохимические свойства и их зависимость от воздействия радиации, определены перспективы использования сверхустойчивых штаммов. Кроме того, результаты исследований послужат базовой информацией для создания научно-обоснованной концепции терраформирования космических тел и создания населенных космических баз, корректировки протоколов космического карантина.

1) Впервые показано, что естественные микробные сообщества экстремальных местообитаний Земли способны выдерживать воздействие ионизирующей радиации в сверхвысоких дозах при нормальных условиях – не менее 430 кГр, а в условиях низкого давления и низкой температуры - не менее 1 МГр, что существенно превосходит современные представления о радиорезистентности микроорганизмов. При воздействии экстремальных факторов сохраняется высокая численность жизнеспособных клеток, метаболическая активность и высокое биоразнообразие при частичной перестройке таксономической структуры сообществ и переходе части микробных популяций в некультивирумое состояние. Наибольшую устойчивость и активность in situ проявили бактерии родов Deinococcus, Methylococcus, Clostridium и Arthrobacter; 2) Показано, что бактерии имеют значительно более высокую радиорезистентность in situ в естественной среде обитания по сравнению с их устойчивостью в чистой культуре. При облучении в естественной среде в условиях низкого давления и низкой температуры радиорезистентность повышается более чем в 20 раз в сравнении с облучением в чистой культуре при нормальных условиях. Благодаря протекторным свойствам природной среды и внутри- и межпопуляционным взаимодействиям даже радиочувствительные микроорганизмы, находясь в составе природных микробных сообществ, способны выдерживать воздействие очень высоких доз ионизирующей радиации; 3) Впервые показано, что природные микробные сообщества без существенных потерь выдерживают воздействие ионизирующего излучения в сочетании с низкими температурами и низким давлением в дозах, обеспечивающих потенциальную возможность выживания экосистем земного типа в поверхностном слое марсианского реголита (защищенном от УФ-излучения) в течение не менее 13 млн. лет и в течение не менее 200 млн. лет на глубине 5 м, в открытом космосе в составе метеоритов в течение не менее 4 млн. лет, во льду Европы на глубине 10 см в течение не менее ~ 2 тыс. лет; 4) Сублимация подповерхностного льда может являться источником жидкой воды и обеспечивать возможность функционирования сообществ земного типа в верхнем слое марсианского реголита. 5) Более 300 штаммов бактерий, выделенных из экстремальных местообитаний и/или после экстремальных воздействий, депонированы в Астробиологическую коллекцию микроорганизмов факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова и доступны для дальнейшего изучения.