Земной мох, который может показаться скромным, на самом деле обладает невероятной устойчивостью. Он процветает в экстремальных условиях — от ледяного холода и воздуха с низким содержанием кислорода в Гималаях до иссушенных песков Долины Смерти. Некоторые виды даже обитают среди лавовых полей действующих вулканов. Теперь к этим условиям можно добавить и космос.
В марте 2022 года команда из Университета Хоккайдо в Японии отправила несколько репродуктивных структур мха, называемых спорофитами, в космос на борту космического корабля Cygnus NG-17. Более 80 процентов спор выжили в течение девяти месяцев за пределами Международной космической станции (МКС). Споры даже вернулись на Землю, сохранив способность к размножению. Результаты исследования опубликованы в журнале iScience.
«Большинство живых организмов, включая людей, не могут даже ненадолго выжить в космическом вакууме, — сказал в заявлении Томомичи Фудзита, соавтор исследования и биолог из Университета Хоккайдо. — Однако споры мха сохранили жизнеспособность после девяти месяцев прямого воздействия. Это является ярким доказательством того, что жизнь, эволюционировавшая на Земле, на клеточном уровне обладает внутренними механизмами для выживания в условиях космоса».
Подготовка мха к эксперименту
Идея провести эксперимент с космическим мхом пришла Фудзите, когда он изучал эволюцию растений и интересовался тем, как растения колонизировали самые суровые среды на Земле. Он начал задаваться вопросом: «Может ли это небольшое, но удивительно устойчивое растение выжить в космосе?»
Для эксперимента команда обратилась к Physcomitrium patens, хорошо изученному виду мха, также известному как распростёртый земной мох. Они поместили мох в смоделированную космическую среду с высоким уровнем ультрафиолетового (УФ) излучения, экстремально высокими и низкими температурами и условиями вакуума.
Затем команда протестировала три различные структуры мха: молодой мох (называемый протенематами), специализированные стволовые клетки, которые появляются в стрессовых условиях, называемые клетками-выводками, и репродуктивные спорофиты, в которых содержатся споры. Тестирование этих трёх структур помогло определить, какая из них имеет наилучшие шансы выжить в космосе.
Результаты эксперимента
«Мы ожидали, что совокупное воздействие космоса, включая вакуум, космическое излучение, экстремальные колебания температуры и микрогравитацию, нанесёт гораздо больший ущерб, чем любое отдельное воздействие, — сказал Фудзита. — УФ-излучение оказалось самым сложным испытанием, но спорофиты были самыми устойчивыми из трёх частей мха».
Все образцы молодого мха погибли из-за уровня УФ-излучения или экстремальных температур. Хотя клетки-выводки имели более высокий процент выживаемости, чем молодой мох, спорофиты продемонстрировали примерно в 1000 раз большую устойчивость к УФ-излучению. Споры могли выжить и прорасти после воздействия температур −320 градусов по Фаренгейту в течение более одной недели, а также после месяца жизни при температуре до 131 градуса.
Согласно команде, структура, окружающая спору, служит защитным барьером. Она поглощает УФ-излучение и физически и химически покрывает внутреннюю спору, предотвращая повреждение. Это покрытие, вероятно, является эволюционной адаптацией, которая позволила группе растений, к которой относится мох (бриофиты), перейти от водных к наземным растениям 500 миллионов лет назад.
Мох отправляется в космос
Чтобы проверить это эволюционное преимущество, команда отправила споры за пределы стратосферы и на МКС. После этого астронавты прикрепили образцы спорофитов к внешней стороне космической станции. Образцы подвергались воздействию космоса в течение 283 дней. В январе 2023 года мох вернулся на Землю на SpaceX CRS-16 и был возвращён в лабораторию для тестирования.
«Мы ожидали почти нулевую выживаемость, но результат оказался противоположным: большинство спор выжило, — сказал Фудзита. — Мы были искренне поражены необычайной устойчивостью этих крошечных растительных клеток».
Более 80 процентов спор пережили межгалактическое путешествие. Все, кроме 11 процентов оставшихся спор, смогли прорасти в лаборатории. Команда также проверила уровни хлорофилла у спор. Они были в основном нормальными, за исключением 20-процентного снижения уровня хлорофилла а. Хлорофилл а особенно чувствителен к изменениям видимого света, что могло объяснить снижение этих уровней. Даже при сниженном хлорофилле а это изменение, по-видимому, не повлияло на здоровье спор.
«Это исследование демонстрирует удивительную устойчивость жизни, зародившейся на Земле», — сказал Фудзита.
Сколько мох может прожить в космосе?
Чтобы узнать, как долго ещё могли бы выжить споры, команда использовала данные до и после экспедиции мха для создания математической модели. Согласно этой модели, споры могли бы выжить до 15 лет (или 5600 дней) в условиях космоса. Однако они предупреждают, что это лишь приблизительная оценка, основанная на одном эксперименте, и для более реалистичных прогнозов о том, как долго мох может выжить в космосе, необходимы более обширные данные.
Команда надеется, что этот эксперимент с мхом поможет продвинуть исследования того, как внеземные почвы могут способствовать росту растений, и вдохновит на более глубокое изучение того, как мхи могут развивать сельскохозяйственные системы в космосе.
«В конечном счёте мы надеемся, что эта работа откроет новые горизонты в создании экосистем во внеземных средах, таких как Луна и Марс, — сказал Фудзита. — Я надеюсь, что наши исследования мха послужат отправной точкой».