Пустынный мох выживет на Марсе

Мох Syntrichia caninervis потенциально может выжить на Марсе. К такому выводу пришли китайские ботаники после серии экспериментов с этим видом растений. Подопытные экземпляры успешно восстанавливались после почти полного высыхания, продолжительного воздействия экстремально низких температур и жесткого ионизирующего излучения. Более того, мху удалось по меньшей мере неделю продержаться в условиях, имитирующих марсианские. Как отмечается в статье для журнала The Innovation, при терраформировании Марса S. caninervis может стать пионерным видом растений, который сделает среду на этой планете более подходящей для других живых организмов.

Ученым пока не удалось обнаружить достоверных свидетельств в пользу того, что на Марсе есть или когда-то была жизнь. Однако некоторые земные организмы, обитающие в экстремальных средах, таких как пустыни или высокогорья, возможно, смогли бы выжить в условиях этой планеты и в теории даже помогли бы терраформировать Марс. Например, эксперименты показали, что цианобактерии способны развиваться при низком давлении газовой смеси из азота и углекислого газа и использовать имитирующую марсианскую поверхность смесь минералов в качестве источника других необходимых для жизни элементов. Похожие результаты были получены и для некоторых бактерий, лишайников и микроскопических грибов.

Команда специалистов, которую возглавила Тинъюнь Куан (Tingyun Kuang) из Института ботаники Китайской академии наук, решила проверить, смогут ли выжить на Марсе представители еще одной группы живых организмов — мхи (Bryophyta). Они сосредоточили внимание на широко распространенном листостебельном мхе Syntrichia caninervis из семейства поттиевых (Pottiaceae), который доминирует в биологических почвенных корках во многих регионах планеты, от пустыни Мохаве в США до Тибета и Антарктиды. Этот вид способен выдерживать засухи, холода и интенсивное ультрафиолетовое излучение. В частности, одна из самых высоких его концентраций отмечена в пустыне Дзосотын-Элисун на северо-западе Китая, где температура поверхности колеблется от около минус тридцати градусов Цельсия зимой до плюс пятидесяти с лишним градусов Цельсия летом, а средняя влажность воздуха составляет всего 1,4 процента. Устойчивость S. caninervis к экстремальным условиям связана с рядом адаптаций: например, перекрывающиеся листья помогают удерживать воду, а белые ости на их концах отражают солнечные лучи.

Чтобы проверить, сумеет ли S. caninervis выжить на Марсе, исследователи провели серию экспериментов, в ходе которых помещали экземпляры этого мха в условия, напоминающие климат Красной планеты. Сначала растения высушили. Несмотря на то, что образцы быстро теряли воду, утратив более 40 процентов влаги в течение 10 минут и более 99 процентов в течение 40 минут, после регидратации они уже через 20 секунд вернули более 80 процентов влаги — а через две минуты полностью восстановили ее изначальный запас. Похожим образом менялась оптимальная фотохимическая эффективность фотосистемы II. При обезвоживании она сократилась до 54 процентов от изначальной в течение 20 минут и упала почти до нуля через 40 минут, но достигла 65 процентов от изначальной и вернулась к норме через 20 секунд и две минуты после регидратации соответственно. Изменения физиологического состояния мха легко было отследить по внешнему виду: при высушивании его листья скручивались и чернели, а после повторной подачи влаги в течение 20 секунд восстанавливали первоначальную форму и ярко-зеленый цвет. Таким образом, S. caninervis противостоит дефициту влаги благодаря способности быстро восстанавливать физиологическую активность при благоприятных условиях.

На следующем этапе авторы поместили обезвоженные на 98-100 процентов образцы S. caninervis в морозильник и держали их там от трех до пяти лет при температуре минус 80 градусов Цельсия или от 15 до 30 дней при температуре минус 196 градусов Цельсия. Затем мхи переносили на песчаный субстрат и держали при привычных для них температуре и влажности. В результате высушенные растения, которые провели при минус 80 градусов Цельсия три года, уже через пять дней отрастили в среднем по 0,22 новых стебля, а через 30 дней — по 2,22 стебля. Для образцов, которые подвергались обработке холодом в течение пяти лет, эти показатели составили 0,1 и 1,9 стебля соответственно. Похожие результаты были получены в экспериментах, где высушенные мхи держали при минус 196 градусах. Растения, которые не подверглись предварительному обезвоживанию, также смогли регенерировать после обработки холодом, но с меньшим успехом.

Также Тинъюнь Куан и ее соавторы оценили радиационную устойчивость S. caninervis. Они подвергли высушенные образцы мха гамма-излучению, доза которого составила от 500 до 16000 грей (образцы из контрольной группы не облучали), после чего поместили их на песчаную почву при привычных температуре и влажности. В контрольной группе растения через 60 дней после обработки отрастили в среднем по 3,24 новых стебля. При облучении с дозами 500 и 1000 грей этот показатель составил 4,08 и 3,57 стебля соответственно. Доза в 2000 грей замедлила восстановление мхов: новые стебли не появлялись у них в течение двух недель после обработки, а через 60 дней их число достигло 2,03. При 4000 грей образцы пожелтели и спустя 60 дней отрастили всего по 1,2 новых стебля, а при 8000 и 16000 грей погибли. Таким образом, доза излучения, при которой половина популяции погибает, для S. caninervis, вероятно, составляет около 5000 грей, что делает его одним из самых устойчивых к радиации организмов (для сравнения, у человека этот показатель составляет 2,5-4,5 грей). Как и в случае с обработкой холодом, мхи с полным запасом воды в тканях прошли тесты немного хуже высушенных.

На финальном этапе исследователи поместили высушенные образцы S. caninervis в закрытую камеру, имитирующую температуру, влажность, состав атмосферы и уровень ионизирующего излучения на Марсе. Их держали здесь один, два, три и семь дней. Растениям удалось выжить и спустя 30 дней произвести, в зависимости от продолжительности обработки, по 2; 2,07; 1,82; и 1,42 стебля. Мхи, которые не были предварительно высушены, также пережили один день в марсианских условиях, но впоследствии выпустили меньше новых стеблей.

Полученные результаты свидетельствуют, что мох S. caninervis способен по крайней мере неделю выживать и сохранять способность к росту в условиях, похожих на марсианские: при низких температурах, жестком ионизирующем излучении и недостатке воды и кислорода. По мнению авторов, это делает его подходящим инструментом для терраформирования Марса. Благодаря устойчивости к различным стрессам мох не только выживет на этой планете сам, но и станет одним из видов-первопроходцев: он будет формировать почвы, запасать углерод и производить кислород, создавая тем самым основу для экосистем, в которых смогут поселиться другие живые организмы. Кроме того, адаптации S. caninervis пригодятся при создании генетически модифицированных сельскохозяйственных растений для производства пищи на других планетах.

Ранее ботаники выяснили, что мхи и цианобактерии защищают Великую Китайскую стену от водной и ветровой эрозии. Биокорки из этих организмов снижают пористость и влагоемкость на величину до 48 процентов, повышали прочность на сжатие на 124 процента, а агрегатную стабильность — на 178 процентов. Наиболее эффективную защиту обеспечивают мхи из семейства Pottiaceae в полузасушливом климате.