Будущие пилотируемые экспедиции на Луну могут оставить после себя не только следы ботинок и оборудование. Вместе с астронавтами на поверхность неизбежно попадут микроорганизмы, связанные с человеческим телом и космической техникой. Новое исследование показало, что некоторые земные микробы потенциально способны сохраняться в отдельных затенённых участках южнополярной области Луны.
Речь не идёт о том, что учёные обнаружили жизнь на Луне или доказали возможность существования там земных микроорганизмов в естественных условиях. Исследователи провели моделирование, основанное на характеристиках нескольких устойчивых земных микроорганизмов и условиях в трёх районах около лунного Южного полюса. Результаты показали, что некоторые небольшие участки поверхности могут обеспечивать достаточно мягкие условия для сохранения микроорганизмов по крайней мере в течение земных суток.
Главная проблема заключается не только в самом выживании микробов. Их присутствие может осложнить будущие исследования Луны и особенно поиск признаков внеземной жизни. Если человек принесёт на поверхность земные микроорганизмы, а затем будущий аппарат обнаружит их или связанные с ними химические следы, потребуется установить происхождение находки. Поэтому ещё до начала масштабного освоения лунного Южного полюса необходимо как можно лучше изучить его исходное состояние.
Почему именно Южный полюс Луны оказался важен для исследования
Освещение у лунных полюсов сильно отличается от привычных условий
Луна обращается вокруг Земли с очень небольшим наклоном своей оси. Из-за этого в районе полюсов Солнце движется по небу очень низко над горизонтом. Рельеф поверхности поэтому играет необычно большую роль в распределении солнечного света.
Высокие участки местности, гребни кратеров и даже сравнительно небольшие неровности способны закрывать Солнце для расположенных ниже участков поверхности. В результате рядом друг с другом могут находиться территории, которые получают солнечный свет, и области, остающиеся в тени чрезвычайно долго.
Особенно интересны глубокие полярные кратеры. Их внутренние части могут находиться в постоянной или почти постоянной тени, тогда как расположенные поблизости возвышенности получают солнечное освещение значительно дольше.
Такое сочетание света и тени делает Южный полюс Луны совершенно особой средой. Для будущих баз затенённые участки интересны как потенциальные области сохранения летучих веществ, а освещённые возвышенности — как места, где удобнее получать солнечную энергию.
Постоянная тень может защищать микроорганизмы от излучения
Лунная поверхность практически не защищена от космической среды. У Луны нет плотной атмосферы, которая могла бы эффективно поглощать опасное излучение и сглаживать температурные изменения.
Для микроорганизмов особенно опасно ультрафиолетовое излучение Солнца. Оно повреждает биологические молекулы и используется на Земле, в частности, для обеззараживания.
Однако поверхность, закрытая от прямого солнечного света, получает значительно меньше ультрафиолетового излучения. Поэтому тень способна существенно изменить вероятность сохранения микроорганизмов.
При этом тень не превращает лунный грунт в пригодную для жизни среду. Она лишь устраняет или уменьшает один из факторов, способных быстро уничтожать биологический материал.
Что именно исследовали учёные
В центре внимания были микроорганизмы, связанные с человеком и космическими аппаратами
Исследователи рассмотрели пять групп микроорганизмов, которые либо встречаются в космической среде, либо связаны с человеческим организмом и имеют известную устойчивость к неблагоприятным условиям.
В исследование вошли Aspergillus niger, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Deinococcus radiodurans и несколько видов Fusarium.
Это принципиально важный момент. Исследование не утверждает, что именно эти организмы были обнаружены на Луне. Учёные использовали данные об их устойчивости, чтобы оценить, какие участки южнополярной поверхности теоретически могут позволить им сохраняться.
Особое внимание уделили способности организмов выдерживать воздействие тепла и ультрафиолетового излучения.
Aspergillus niger оказался особенно устойчивым к ультрафиолету
Среди рассмотренных организмов Aspergillus niger продемонстрировал наиболее высокую устойчивость к ультрафиолетовому излучению.
Этот гриб хорошо известен на Земле и не относится к классическим экстремофилам — организмам, специально приспособленным к жизни в экстремальных условиях. Он встречается, например, во влажных помещениях.
При этом Aspergillus niger уже обнаруживали в космической среде. Астронавты выявляли этот гриб на Международной космической станции, а предыдущие эксперименты показывали возможность его выживания за пределами герметичного объёма станции.
Именно такие наблюдения стали одной из причин, по которым устойчивость земных микроорганизмов представляет интерес для будущих пилотируемых миссий.
Как определяли потенциально пригодные для выживания участки
Исследователи использовали данные лунного орбитального аппарата
Для моделирования условий на поверхности использовались подробные данные о рельефе и температуре, полученные космическим аппаратом Lunar Reconnaissance Orbiter.
LRO уже много лет исследует Луну с орбиты и позволяет создавать подробные карты её поверхности. Для полярных районов особенно важны данные о высоте рельефа, освещённости и температурных условиях.
На основе этих данных исследователи смогли определить, какие участки получают солнечный свет, какие остаются затенёнными и каким образом радиация достигает различных частей поверхности.
Затем полученные характеристики сопоставили с известной устойчивостью выбранных микроорганизмов.
Были изучены три района около Южного полюса
Моделирование проводилось для трёх районов лунного Южного полюса: Nobile Rim, Connecting Ridge и De Gerlache Rim.
Исследователи построили карты потенциальных «ниш выживания» — участков, где совокупность условий теоретически позволяет микроорганизмам сохраняться.
Размер таких областей оказался очень разным. В некоторых случаях речь идёт о достаточно крупных участках поверхности, а в других потенциально подходящая область может иметь размер порядка следа от ботинка астронавта.
Это подчёркивает, насколько сильно микроклимат лунной поверхности зависит от рельефа. На Луне небольшая разница в высоте может определить, будет ли конкретная точка освещаться Солнцем или останется в тени.
Что означает «выживание» в этом исследовании
Выжить — не значит размножаться
Это наиболее важное ограничение результатов исследования.
Когда учёные говорят, что микроорганизм способен выжить в определённом лунном участке, речь идёт о сохранении жизнеспособности в течение как минимум одних земных суток. Это не означает, что организм сможет там расти, размножаться или сформировать устойчивую колонию.
На Луне отсутствуют условия, которые обычно необходимы земным организмам для активного роста. В частности, нет стабильной жидкой воды на поверхности и плотной атмосферы, поддерживающей привычную для земной биологии среду.
Поэтому результаты следует понимать как оценку возможности временного сохранения микроорганизмов, а не как доказательство существования на Луне самостоятельной микробной экосистемы.
Лунная среда остаётся крайне неблагоприятной
Даже в затенённом участке микроорганизм сталкивается с целым комплексом факторов, отличающихся от земных условий.
На поверхности практически отсутствует атмосфера, температура может сильно меняться, а космическое излучение воздействует непосредственно на грунт. В затенённых областях некоторые из этих факторов становятся менее разрушительными, но не исчезают полностью.
Кроме того, отсутствие жидкой воды остаётся принципиальным ограничением для активной биологической деятельности.
Таким образом, исследование показывает лишь то, что отдельные микроорганизмы могут оказаться более устойчивыми к лунной среде, чем предполагалось ранее.
Почему человеческие микроорганизмы неизбежно попадут на Луну
Человек сам по себе является переносчиком микробов
Человеческий организм постоянно взаимодействует с огромным количеством микроорганизмов. Бактерии живут на коже, в организме и на окружающих человека поверхностях.
По данным исследования, на участке кожи размером примерно с ластик карандаша в среднем может находиться около миллиона бактерий.
Поэтому полностью исключить перенос микроорганизмов человеком практически невозможно. Даже тщательно подготовленный астронавт не является стерильным объектом.
Микроорганизмы могут попадать во внешнюю среду через системы жизнеобеспечения, с поверхности скафандров, оборудования и других элементов, связанных с человеком.
Роботизированные аппараты можно стерилизовать гораздо жёстче
С беспилотными космическими аппаратами ситуация несколько иная. Перед запуском их можно подвергать процедурам, направленным на значительное сокращение количества живых микроорганизмов.
В статье приводится пример термической обработки, при которой NASA нагревает роботизированные космические аппараты до температур выше 400 градусов по Фаренгейту, то есть примерно 204 градусов Цельсия, чтобы уменьшить количество живых организмов.
Очевидно, что подобную процедуру нельзя применять к человеку. Поэтому переход от роботизированных миссий к пилотируемым экспедициям создаёт принципиально другую проблему биологического загрязнения.
Человек может принести на поверхность гораздо больше разнообразных микроорганизмов, чем стерилизованный роботизированный аппарат.
Почему загрязнение Луны представляет научную проблему
Будущим исследователям понадобится знать исходное состояние поверхности
Если человечество начнёт регулярно работать в районе Южного полюса Луны, поверхность постепенно будет подвергаться антропогенному воздействию.
Астронавты будут перемещаться по грунту, использовать оборудование, устанавливать конструкции и выполнять научные эксперименты. Всё это может изменить локальную среду.
Поэтому учёным необходимо заранее получить как можно более подробную картину химического состава и состояния исследуемых участков.
Если в будущем в лунном грунте обнаружат органические соединения или другие потенциально интересные химические признаки, потребуется понимать, присутствовали ли они там до прибытия человека.
Без такой исходной информации будет значительно сложнее определить происхождение обнаруженных веществ.
Особенно важен этот вопрос для будущих исследований Марса
Проблема загрязнения не ограничивается Луной.
На Марсе планируется поиск свидетельств древней или существующей жизни. Если земные микроорганизмы попадут туда вместе с людьми или оборудованием и сохранятся, будущим исследователям будет необходимо отличать их от потенциальных марсианских организмов.
Именно поэтому Луна может стать своеобразной площадкой для изучения того, насколько долго земные микроорганизмы способны сохраняться на поверхности другого небесного тела.
Результаты таких исследований помогут лучше подготовиться к более сложным межпланетным экспедициям.
Лунный Южный полюс становится особенно важным районом для будущих миссий
Южный полюс сильно отличается от мест посадки Apollo
Все шесть пилотируемых посадок программы Apollo, состоявшиеся с 1969 по 1972 год, произошли в районах, расположенных относительно близко к лунному экватору.
Южный полюс представляет собой совершенно иной тип окружающей среды. Из-за геометрии освещения там существуют области постоянной или длительной тени, а рядом находятся участки с относительно продолжительным освещением.
Именно эта особенность делает регион привлекательным для будущих исследований.
Освещённые возвышенности могут быть удобны для получения солнечной энергии, тогда как постоянно затенённые области представляют особый интерес из-за условий сохранения летучих веществ, включая водяной лёд.
Рельеф создаёт сложную систему света и тени
В районе Южного полюса нельзя просто разделить поверхность на «освещённую» и «тёмную».
Солнечный свет может попадать на одну сторону гребня и не достигать другой. Даже небольшой выступ способен создать тень на расположенном рядом участке грунта.
Поэтому на небольшом расстоянии условия могут резко меняться.
Для биологии это имеет принципиальное значение. Если прямой солнечный свет является одним из наиболее разрушительных факторов для микроорганизмов, то положение конкретной точки относительно ближайшего возвышения может определять вероятность сохранения микробного материала.
Что происходит с водой в затенённых областях
Холодные полярные участки способны сохранять воду
Постоянно затенённые области около лунных полюсов имеют очень низкие температуры. Это позволяет сохранять водяной лёд в местах, куда солнечный свет практически не попадает.
Именно поэтому полярные кратеры давно рассматриваются как важные объекты исследования.
Однако наличие водяного льда не означает наличие жидкой воды. Это принципиальное различие.
Для активной земной жизни вода должна находиться в форме, доступной биологическим процессам. На поверхности Луны нет условий, при которых обычная жидкая вода могла бы стабильно существовать в открытом виде.
Поэтому обнаружение льда и возможность сохранения микроорганизмов — два разных научных вопроса.
Тень одновременно создаёт защиту и экстремальный холод
Затенённая область может защищать микроорганизмы от прямого ультрафиолетового излучения и помогать сохранять летучие вещества. Но это не делает её благоприятной для земной жизни в целом.
Низкие температуры и отсутствие жидкой воды ограничивают активность организмов.
Поэтому наиболее корректно говорить о потенциальном сохранении микроорганизмов в состоянии покоя, а не о полноценной жизни на Луне.
Какие микроорганизмы могут оказаться наиболее устойчивыми
Deinococcus radiodurans известен высокой устойчивостью
Среди изученных организмов был Deinococcus radiodurans — бактерия, известная своей способностью выдерживать высокие уровни радиационного воздействия.
Она давно используется в исследованиях устойчивости жизни к экстремальным условиям.
Однако высокая радиационная устойчивость не означает автоматическую способность жить на Луне. Организм одновременно подвергается воздействию холода, вакуума, ультрафиолетового излучения и отсутствия доступной жидкой воды.
Поэтому исследователи рассматривали совокупность факторов, а не один показатель устойчивости.
Устойчивость разных организмов различается
Бактерии и грибы имеют разные механизмы защиты от неблагоприятных условий.
Одни лучше переносят радиацию, другие — обезвоживание или ультрафиолетовое излучение. Именно поэтому исследование включало несколько разных организмов.
Такой подход позволяет определить не единственного «самого живучего» микроба, а диапазон потенциальных возможностей земной микробиологии.
Результаты показали, что наиболее устойчивые виды могут сохраняться в некоторых условиях значительно дольше, чем можно было бы предположить, рассматривая лунную поверхность как полностью стерильную среду.
Почему обнаружение микробов на Луне в будущем не станет доказательством лунной жизни
Если после начала пилотируемого освоения Луны исследователь обнаружит микроорганизм, это ещё не будет означать, что он возник или существовал там до появления человека.
Возможность заноса земных организмов создаёт необходимость строгого контроля происхождения образцов.
Это особенно важно для районов, которые будут посещаться астронавтами неоднократно. Чем интенсивнее человеческая деятельность, тем сложнее будет сохранить исходное состояние поверхности.
Поэтому контроль загрязнения является не формальностью, а частью научной методологии.
Сначала необходимо зафиксировать исходную химическую картину
Чтобы отличать естественные лунные вещества от принесённых человеком, исследователям необходима базовая информация о составе поверхности до начала активной эксплуатации района.
Это касается не только живых организмов. Человеческая деятельность способна переносить органические соединения, материалы, продукты жизнедеятельности и другие вещества.
Чем лучше изучена поверхность до прибытия людей, тем проще будет обнаружить изменения после начала экспедиций.
Именно поэтому ранние роботизированные исследования Южного полюса имеют значение не только сами по себе, но и как создание исходной точки для будущих сравнений.
Луна может стать естественным экспериментом по выживанию земной жизни
Не все эксперименты можно воспроизвести на Земле
На Земле можно создать вакуум, охладить образцы и подвергнуть их воздействию радиации. Однако полностью воспроизвести сложный рельеф лунного Южного полюса и естественное распределение солнечного света значительно сложнее.
На самой Луне существует огромный набор естественных условий.
Микроорганизмы, случайно или намеренно оказавшиеся в различных участках, могут подвергаться реальному сочетанию факторов, которое трудно полностью смоделировать в лаборатории.
Поэтому авторы исследования рассматривают лунную поверхность не только как объект, который необходимо защитить от загрязнения, но и как потенциальную природную лабораторию.
Такие исследования позволяют проверить пределы устойчивости организмов
Если известно, какие микроорганизмы способны сохраняться в конкретных условиях Луны, можно лучше понять пределы устойчивости земной жизни.
Это имеет значение для астробиологии — науки, изучающей происхождение, распространение и потенциальное существование жизни во Вселенной.
Особенно интересно выяснить, какие факторы действительно ограничивают выживание микроорганизмов за пределами Земли.
Луна в этом отношении удобна благодаря относительной близости к Земле и возможности организовать повторные исследования одной и той же области.
Что исследование говорит о будущих пилотируемых экспедициях
Потенциальное выживание земных микроорганизмов не означает, что пилотируемые миссии на Луну представляют биологическую угрозу для самой Луны. На сегодняшний день нет свидетельств существования на Луне собственной биосферы или условий, способных поддерживать размножение земных микроорганизмов на поверхности.
Проблема прежде всего научная: человек способен изменить исследуемую среду.
Если в будущем лунный Южный полюс станет местом постоянной работы астронавтов, необходимо будет учитывать микробное загрязнение при планировании научных исследований. Особенно это касается участков, где будут изучаться химический состав грунта, лёд и другие материалы.
Поэтому ещё до масштабного присутствия людей важно установить исходные характеристики региона и понять, какие земные организмы потенциально способны сохраняться в местных условиях.
От Луны к Марсу: почему результаты имеют более широкое значение
Луна находится достаточно близко, чтобы использовать её для подготовки технологий и научных методик будущих межпланетных экспедиций.
Если земные микроорганизмы способны сохраняться в отдельных лунных нишах, аналогичный вопрос возникает применительно к Марсу. Марсианская среда значительно отличается от лунной, но и там существуют условия, которые могут позволять некоторым микроорганизмам переживать неблагоприятные периоды.
При подготовке пилотируемых марсианских миссий потребуется одновременно решать две задачи. С одной стороны, необходимо защищать астронавтов от внешней среды. С другой — не допустить, чтобы земная биология сделала поиск потенциальной марсианской жизни неоднозначным.
Лунные исследования позволяют начать изучение этой проблемы значительно раньше.
Главное значение нового исследования
Новое исследование не обнаружило микроорганизмы на Луне и не показало, что они способны размножаться на её поверхности. Оно продемонстрировало другое: при определённых сочетаниях рельефа, освещения и температуры некоторые земные микроорганизмы потенциально могут сохранять жизнеспособность в отдельных затенённых участках Южного полюса.
Особенно важна роль лунного рельефа. Из-за малого наклона оси Луны даже небольшие возвышенности способны создавать области длительной тени. В таких местах микроорганизмы могут быть лучше защищены от ультрафиолетового излучения, которое является одним из наиболее разрушительных факторов для биологического материала.
Исследователи использовали данные Lunar Reconnaissance Orbiter и модели освещения, температуры и радиации, чтобы определить потенциальные области выживания в районах Nobile Rim, Connecting Ridge и De Gerlache Rim. Размер таких областей может варьироваться от сравнительно крупных участков поверхности до пространства, сопоставимого со следом ботинка.
Главный практический вывод касается будущего освоения Луны. Человек неизбежно приносит с собой микроорганизмы, поэтому полностью исключить биологическое загрязнение при пилотируемых миссиях невозможно. Если заранее не определить исходное состояние лунной поверхности, последующие находки органических веществ или микроорганизмов будет сложнее интерпретировать.
При этом сама Луна не становится от этого пригодной для земной жизни. У исследователей нет свидетельств существования условий, позволяющих микроорганизмам нормально расти и размножаться на её поверхности. Речь идёт именно о потенциальном сохранении отдельных организмов в состоянии покоя.
Южный полюс Луны поэтому оказывается одновременно важным объектом освоения, научной лабораторией и своеобразным испытанием для будущей планетарной защиты. Чем активнее человек будет исследовать этот регион, тем важнее станет понимать, какие изменения он сам вносит в лунную среду. Это знание потребуется не только для изучения Луны, но и для будущего поиска жизни за пределами Земли.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
