Astro mikrobiologi

Astromikrobiologi , eller exomikrobiologi, är studiet av mikroorganismer i yttre rymden. Det härrör från ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt, som inkluderar både mikrobiologi och astrobiologi . Astrobiologins ansträngningar syftar till att förstå livets ursprung och sökandet efter annat liv än på jorden. Eftersom mikroorganismer är den mest utbredda formen av liv på jorden och kan kolonisera nästan vilken miljö som helst, fokuserar forskare vanligtvis på mikrobiellt liv inom området astrobiologi. Dessutom utvecklas små och enkla celler vanligtvis först på en planet snarare än större, flercelliga organismer , och har en ökad sannolikhet att transporteras från en planet till en annan via panspermiateorin .

Planetarisk utforskning

Skildring av en en gång vatten täckt Mars

Sökandet efter utomjordiskt mikrobiellt liv har mest fokuserat på Mars på grund av dess lovande miljö och närhet; emellertid inkluderar andra astrobiologiska platser månarna Europa , Titan och Enceladus . Alla dessa platser har för närvarande eller har haft en ny historia av att ha flytande vatten, vilket forskare antar som den mest följdriktiga föregångaren för biologiskt liv. Europa och Enceladus verkar ha stora mängder flytande vatten gömt under islagren som täcker deras ytor. Titan, å andra sidan, är bara planetkroppen förutom jorden med flytande kolväten på sin yta. Mars är det huvudsakliga intresseområdet för sökandet efter liv, främst på grund av övertygande bevis som tyder på aktivitet av flytande ytvatten under senare tid. Dessutom har Mars en atmosfär som innehåller rikliga mängder kol och kväve, båda viktiga element som behövs för liv.

Upptäckter

1975 lanserade NASA:s Viking -program två identiska landare till ytan av Mars, var och en med vetenskapliga instrument. Deras biologiska experiment inkluderade gaskromatografi-masspektrometri för att identifiera komponenterna i Mars mark, analys av gasutbyte med Mars miljö, pyrolytisk frisättning av radioaktivt ¹⁴ C för att kontrollera om kolfixering inträffade och märkt frisättning av ytterligare ¹⁴ C tillsammans med sju Miller- Urey- produkter för att urskilja metaboliska processer. Det märkta frisättningsexperimentet gav de enda resultat som inte entydigt kunde förklaras av icke-biologiska kemiska reaktioner förrän NASAs Phoenix visade närvaron av perklorater på Mars yta 2008. Sådana föreningar kunde producera den radiomärkta CO ₂ som registrerats av landarna.

I drift sedan 2012 har NASA:s Curiosity- rover hittat bevis på att historiska förhållanden på Mars är lämpliga för liv, som att organiskt material bevaras i stenar och bevis på tidigare grundvatten, även om inga livsformer har hittats.

2014 hävdade Vladimir Solovyov från Rysslands nyhetsbyrå TASS att kosmonauter hittat plankton på den internationella rymdstationen . NASA-tjänstemän hittade inga bevis för påståendena, även om de förutspådde att vissa extremofila mikroorganismer kunde överleva i rymden.

Framtida uppdrag

Uppdragets titel	Lanseringsdag	Byrå	Mål
mars 2020	2020	NASA	Mobil roverenhet som ska rensa Mars ytor och samla in jordprover
Europa Clipper	2023	NASA	Satellituppskjutning som kommer att kretsa kring Jupiters måne Europa och utföra detaljerad spaning av miljöförhållanden samt söka efter potentiella landningsplatser

Experimenterande

Jorden

Många studier på jorden har utförts för att samla in data om hur marklevande mikrober svarar på olika simulerade miljöförhållanden i yttre rymden. Svaren från mikrober, såsom virus, bakterieceller, bakterie- och svampsporer och lavar, på isolerade faktorer i yttre rymden (mikrogravitation, galaktisk kosmisk strålning, sol-UV-strålning och rymdvakuum) bestämdes i rymd- och laboratoriesimuleringsexperiment. I allmänhet tenderade mikroorganismer att frodas i den simulerade rymdflygningsmiljön - försökspersoner visade symtom på ökad tillväxt och en okarakteristisk förmåga att föröka sig trots närvaron av normalt undertryckande nivåer av antibiotika. Faktum är att i en studie resulterade spår (bakgrundsnivåer) av antibiotikaexponering i förvärv av antibiotikaresistens under simulerad mikrogravitation. De mekanismer som är ansvariga för att förklara dessa förbättrade svar har ännu inte upptäckts.

Plats

Mikroorganismers förmåga att överleva i en yttre rymdmiljö undersöktes för att approximera biosfärens övre gränser och för att bestämma noggrannheten hos den interplanetära transportteorin för mikroorganismer. Bland de undersökta variablerna hade solens UV-strålning den mest skadliga effekten på mikrobiella prover. Bland alla prover var det bara lavar ( Rhizocarpon geographicum och Xanthoria elegans ) som helt överlevde de två veckornas exponering för yttre rymden. Jordens ozonskikt skyddar i hög grad mot de skadliga effekterna av solens UV, vilket är anledningen till att organismer vanligtvis inte kan överleva utan ozonskydd. När de skyddades mot sol-UV kunde olika prover överleva under långa perioder; sporer av B. subtilis , till exempel, kunde föröka sig i rymden i upp till 6 år. Data stöder sannolikheten för interplanetär överföring av mikroorganismer inom meteoriter, kallad lithopanspermiahypotes .

Mars

Anabaena flosaquae , en cyanobakterie som skulle trivas på Mars

Modern teknik har redan tillåtit oss att använda mikrober för att hjälpa oss att utvinna material på jorden, inklusive över 25 % av vårt nuvarande kopparförråd. På liknande sätt kan mikrober hjälpa till att tjäna ett liknande syfte på andra planeter för att bryta resurser, utvinna användbara material eller skapa självförsörjande reaktorer. Den mest lovande av dessa kandidater som hittills är kända är cyanobakterier . För miljarder år sedan hjälpte cyanobakterier oss ursprungligen att skapa en beboelig jord genom att pumpa ut syre i atmosfären och lyckas existera i jordens mörkaste hörn. Cyanobakterier, tillsammans med några andra stenätande mikrober, verkar kunna motstå de svåra förhållandena i rymdens vakuum utan större ansträngning. På Mars kommer dock cyanobakterier inte ens behöva utstå sådana svåra förhållanden.

Forskare arbetar för närvarande med möjligheten att installera bioreaktorer eller liknande anläggningar på Mars, som helt skulle drivas på cyanobakterier och tillhandahålla material för skapandet av bränsleceller, bildning av jordskorpa, regolitförbättring, utvinning av användbara metaller/element, utsläpp av näringsämnen i smuts och dammborttagning; en mängd andra potentiellt användbara funktioner är också på gång.

Prototypdiagram av Mars bioreaktor