Лунная поверхность долгое время считалась практически несовместимой с сохранением жизни. На открытых участках реголита микроорганизмы сталкиваются одновременно с вакуумом, сильным ультрафиолетовым излучением, космической радиацией и резкими перепадами температуры. Однако условия на Луне неодинаковы повсюду. Особенно это заметно в полярных районах, где рельеф создаёт многочисленные участки, куда солнечный свет практически или совсем не попадает.
Новое исследование показывает, что такие особенности лунного рельефа могут создавать своеобразные «убежища» для некоторых земных микроорганизмов. Учёные сопоставили данные о способности различных бактерий и грибов переносить экстремальные условия с подробными моделями освещённости южнополярных областей Луны. Результат оказался важным прежде всего для будущих пилотируемых экспедиций: микроорганизмы, которые неизбежно будут переноситься людьми, в отдельных местах могут сохранять жизнеспособность дольше, чем предполагалось ранее.
При этом речь не идёт о том, что микроорганизмы способны колонизировать Луну. Исследователи изучали именно возможность выживания, включая состояние покоя, а не способность организмов активно расти и размножаться. На сегодняшний день нет данных о существовании на Луне условий, необходимых для полноценного размножения земных микроорганизмов.
Почему лунный Южный полюс оказался особенно интересен
Большая часть лунной поверхности подвергается воздействию окружающей космической среды. У Луны практически отсутствует атмосфера, которая могла бы эффективно защищать поверхность от ультрафиолетового излучения и других факторов космической среды. Поэтому открытый реголит представляет собой крайне неблагоприятное место для большинства известных земных организмов.
Полярные районы устроены иначе. Небольшой наклон лунной оси приводит к тому, что Солнце вблизи полюсов движется очень низко над горизонтом. В результате особенности рельефа начинают играть необычно большую роль: даже сравнительно небольшая возвышенность может перекрыть солнечный свет для расположенной рядом низины.
Именно поэтому около лунных полюсов существуют области, которые получают крайне мало или вообще не получают прямого солнечного света. Некоторые глубокие кратеры могут оставаться в постоянной тени. Такие места известны как постоянно затенённые области.
Рельеф Луны создаёт микросреды
Постоянная тень важна не только из-за отсутствия солнечного света. Она приводит к формированию значительно более холодных участков поверхности и одновременно уменьшает воздействие ультрафиолетового излучения.
Для микроорганизмов это принципиальное отличие. Высокая температура и ультрафиолетовое излучение способны повреждать биологические молекулы, а их сочетание с вакуумом и космической радиацией делает открытые участки поверхности особенно негостеприимными.
Однако лунный полюс нельзя представить как одну большую холодную и тёмную область. Это сложный рельеф, состоящий из кратеров, склонов, хребтов, возвышенностей и небольших неровностей. Поэтому рядом могут находиться участки с совершенно разными условиями освещения.
В результате на расстоянии всего нескольких метров или десятков метров теоретически могут существовать существенно различающиеся условия для сохранения микроорганизмов. Именно пространственные различия такого рода стали одним из основных объектов нового исследования.
Постоянная тень не означает абсолютную темноту
Даже постоянно затенённые области не обязательно полностью изолированы от солнечного излучения. Свет может рассеиваться и отражаться от окружающего рельефа, поэтому небольшое количество ультрафиолетового излучения способно попадать даже в некоторые затенённые участки.
Для оценки выживаемости микроорганизмов это имеет большое значение. Если учитывать только прямой солнечный свет, условия могут выглядеть менее суровыми или, наоборот, более благоприятными, чем они являются в действительности.
Поэтому исследователи учитывали не только геометрию прямого освещения, но и воздействие рассеянного ультрафиолетового излучения. Это позволило получить более детальное представление о том, где именно на южном полюсе могут существовать участки, в которых отдельные микроорганизмы сохраняют жизнеспособность.
Какие микроорганизмы проверяли
Учёные не рассматривали абстрактную «жизнь» вообще. Они выбрали конкретные виды и группы микроорганизмов, которые уже известны своей способностью переносить неблагоприятные условия и могут оказаться связанными с человеческой деятельностью в космосе.
В исследование вошли бактерии Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus и Deinococcus radiodurans, гриб Aspergillus niger, а также несколько видов Fusarium. Эти организмы различаются по устойчивости к температуре и ультрафиолетовому излучению, поэтому их сравнение позволяет оценить, насколько сильно свойства конкретного микроорганизма влияют на потенциальную выживаемость на Луне.
Aspergillus niger оказался одним из наиболее устойчивых кандидатов
Особое внимание исследователи уделили Aspergillus niger. Этот гриб широко распространён на Земле и способен существовать в самых разных условиях. Он также обнаруживался в исследованиях микробиологической среды Международной космической станции, поэтому его устойчивость представляет непосредственный интерес для пилотируемых космических полётов.
Одним из важных свойств этого микроорганизма оказалась относительно высокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Именно поэтому рассчитанные области возможного выживания Aspergillus niger оказались более обширными, чем для ряда других исследованных организмов.
Это не означает, что гриб способен нормально жить и развиваться на поверхности Луны. Результаты показывают лишь, что в определённых условиях он может сохранять жизнеспособность, в том числе в состоянии покоя.
Устойчивость микроорганизма и условия на Луне — разные вещи
Важно разделять два фактора. Первый связан со свойствами самого организма: одни микроорганизмы лучше переносят ультрафиолет, другие способны дольше сохранять жизнеспособность при обезвоживании или других формах стресса.
Второй фактор — конкретное место на Луне. Даже устойчивый микроорганизм не сможет одинаково долго сохраняться на открытом освещённом участке и в защищённой тени глубокого кратера.
Поэтому исследователи не делали вывод о том, что какой-либо конкретный организм «может жить на Луне». Они сопоставляли пределы устойчивости организмов с рассчитанными характеристиками различных участков лунной поверхности и определяли области, где эти условия потенциально совместимы с сохранением жизнеспособности.
Как исследователи искали места, пригодные для выживания
Работа объединила микробиологические данные с дистанционными исследованиями Луны. Для моделирования условий использовались данные о высоте поверхности, температуре и освещённости, полученные космическими аппаратами, в частности Lunar Reconnaissance Orbiter.
Исследователи выбрали три района вблизи Южного полюса: Nobile Rim, Connecting Ridge и De Gerlache Rim. Для них были построены детальные модели того, как солнечный свет достигает различных участков поверхности и как рельеф влияет на продолжительность освещения и затенения.
Затем характеристики этих участков сравнивались с известными пределами устойчивости выбранных микроорганизмов. В результате получились карты потенциально пригодных для сохранения жизнеспособности участков.
Размер таких участков может сильно различаться
Одним из интересных результатов стало то, что потенциальные «убежища» могут иметь очень разный масштаб. Среди них встречаются крупные области на дне кратеров, но возможны и гораздо меньшие участки, вплоть до размеров, сопоставимых с отпечатком ботинка астронавта.
Это подчёркивает значение микрорельефа. На Луне даже небольшая неровность поверхности способна изменить количество попадающего солнечного света. Для микроорганизма, находящегося непосредственно на поверхности, такая разница может иметь большое значение.
Следовательно, оценивать риск микробного загрязнения только по средним условиям в конкретном районе недостаточно. Необходимо учитывать локальный рельеф и освещённость.
В некоторых местах способны сохраняться сразу несколько видов
Моделирование показало, что наиболее благоприятные участки могут поддерживать выживание нескольких исследованных микроорганизмов одновременно. В отдельных областях Nobile Rim и Connecting Ridge после одного земного дня расчётные условия оставались совместимыми с жизнеспособностью сразу нескольких видов.
Для Aspergillus niger в наиболее благоприятных местах модель показывала ещё более продолжительное сохранение жизнеспособности. В отдельных участках расчётный период достигал как минимум семи дней. Это уже значительно больше одного дня, использованного в качестве основной точки оценки выживаемости в исследовании.
При этом такие значения нельзя воспринимать как гарантированный срок выживания организма на Луне. Модель основана на известных пределах устойчивости и характеристиках окружающей среды, а реальный организм на поверхности будет сталкиваться с комплексом факторов, которые невозможно полностью воспроизвести расчётами.
Что означает «выжить» в этом исследовании
Это, пожалуй, наиболее важное ограничение работы. Выживание микроорганизма не означает его активную жизнедеятельность.
На Луне условия настолько суровы, что даже если клетка или спора сохраняет жизнеспособность, это ещё не означает, что она способна питаться, расти и воспроизводиться. Исследование рассматривает возможность сохранения жизнеспособности в криптобиотическом состоянии — состоянии крайне низкой метаболической активности или практически полного покоя.
Для такого организма возвращение к активному состоянию потребовало бы условий, которых лунная поверхность, насколько известно, не обеспечивает.
На Луне нет подходящей среды для обычного размножения
На поверхности Луны практически отсутствует атмосфера, нет стабильной жидкой воды и нет условий, аналогичных земной среде, в которой исследованные бактерии и грибы могли бы нормально развиваться.
Поэтому результаты нельзя трактовать как обнаружение пригодной для жизни лунной экосистемы. Исследование говорит о другом: некоторые земные микроорганизмы потенциально способны пережить определённый период в отдельных защищённых местах.
Это принципиальное различие особенно важно в контексте будущих поисков признаков жизни. Если на поверхности появятся земные микроорганизмы, их присутствие само по себе не будет свидетельствовать о существовании естественной лунной биосферы. Необходимо будет определить происхождение обнаруженного биологического материала.
Почему это важно для будущих лунных экспедиций
Главная практическая проблема связана не с тем, что микроорганизмы якобы смогут превратить Луну в пригодный для жизни мир. Основная проблема — научная достоверность будущих исследований.
Человек неизбежно переносит микроорганизмы с Земли. Даже при строгих процедурах очистки и контроля полностью исключить биологический материал практически невозможно. Микроорганизмы присутствуют на коже человека, в окружающей среде и внутри помещений, а часть из них обладает значительной устойчивостью.
Для роботизированных аппаратов существуют процедуры стерилизации, позволяющие значительно уменьшить количество земного биологического материала. Однако полностью стерилизовать человека невозможно без недопустимого воздействия на его организм. Поэтому пилотируемые миссии создают совершенно особую проблему с точки зрения планетарной защиты.
Особенно важны районы, где может находиться лунный лёд
Южный полюс Луны представляет большой интерес не только из-за перспективы размещения будущих баз. В постоянно затенённых областях обнаружены запасы водяного льда и других летучих веществ, которые рассматриваются как потенциальный ресурс для будущего освоения.
Именно поэтому некоторые наиболее интересные для науки и космонавтики участки одновременно могут оказаться наиболее чувствительными к загрязнению. Если земной биологический материал попадёт в такую область, он может впоследствии осложнить интерпретацию результатов анализа.
Для научных исследований это означает необходимость знать исходное состояние района до прибытия людей. Чем лучше будет изучена местная химия и распределение веществ заранее, тем проще будет отличить естественные лунные компоненты от материалов, принесённых экспедицией.
Загрязнение может усложнить будущие исследования
Представим, что спустя годы после первой высадки исследовательский аппарат обнаружит органические соединения или биологические остатки вблизи места работы астронавтов. Сам факт обнаружения ещё не позволит определить их происхождение.
Если аналогичные соединения присутствовали в организме человека или на оборудовании экспедиции, они могли попасть на лунную поверхность вместе с миссией. Поэтому необходимо заранее фиксировать, какие вещества и микроорганизмы сопровождают человека и оборудование.
Это особенно важно не только для поиска возможных следов древней химии Луны, но и для будущих исследований Марса. На Марсе вопрос происхождения обнаруженных биологических признаков будет ещё более принципиальным, поскольку одна из главных задач марсианских исследований — поиск возможных свидетельств существования жизни. Земные микроорганизмы могут создать риск ложной интерпретации таких находок.
Луна может стать естественной лабораторией для микробиологии
У исследования есть и другая сторона. Земные микроорганизмы, случайно или неизбежно оказавшиеся на Луне, представляют не только проблему загрязнения.
Некоторые участки лунного Южного полюса можно рассматривать как естественную лабораторию для изучения пределов биологической устойчивости. В отличие от многих лабораторных экспериментов, здесь микроорганизмы будут подвергаться реальному сочетанию факторов: вакууму, холоду, ультрафиолетовому излучению, космической радиации и сложному режиму освещения.
Учёные смогут исследовать, какие организмы сохраняют жизнеспособность, как долго это происходит и какие особенности рельефа обеспечивают наибольшую защиту. Однако такие исследования должны проводиться контролируемым образом, чтобы научная работа сама не создавала неконтролируемого распространения земной биологии.
Почему именно полярный рельеф представляет интерес
На экваториальных участках Луны условия в целом проще для оценки: поверхность получает регулярное воздействие солнечного света, а глубокие постоянные тени встречаются значительно реже.
На полюсе ситуация гораздо сложнее. Рельеф создаёт множество переходов между освещёнными и затенёнными областями. В результате один и тот же микроорганизм может иметь совершенно разные шансы на сохранение жизнеспособности в зависимости от того, где именно он оказался.
Такая неоднородность позволяет изучать влияние отдельных факторов практически в естественной среде. Одновременно она означает, что невозможно ограничиться оценкой средних условий для всего Южного полюса. Необходимы карты с высоким пространственным разрешением.
Что исследование не говорит о жизни на Луне
Новые результаты не являются доказательством существования жизни на Луне. Не было обнаружено ни одного местного лунного организма, способного существовать независимо от Земли.
Исследователи изучали земные бактерии и грибы и оценивали, могут ли отдельные участки лунной поверхности позволить им сохранить жизнеспособность после случайного заноса человеком или оборудованием.
Более того, даже возможность сохранения жизнеспособности в течение нескольких дней не означает способность микроорганизма переживать многолетнее пребывание на Луне. Исследование лишь показывает, что некоторые участки полярной поверхности могут быть менее разрушительными для биологического материала, чем считалось при рассмотрении Луны как однородной среды.
Нет данных о лунной биосфере
На сегодняшний день нет подтверждённых свидетельств существования на Луне собственной биологической жизни. Также нет данных, что земные микроорганизмы способны сформировать на Луне устойчивую самоподдерживающуюся популяцию.
Для роста и размножения нужны источники энергии, питательные вещества и подходящая физическая среда. Одного факта сохранения клетки или споры недостаточно.
Поэтому наиболее точное описание результата исследования звучит значительно сдержаннее сенсационных формулировок: отдельные земные микроорганизмы могут сохранять жизнеспособность в некоторых защищённых условиях на лунном Южном полюсе.
Почему этот результат важен перед возвращением людей на Луну
Предстоящий этап исследования Луны будет существенно отличаться от эпохи Apollo. Шесть пилотируемых экспедиций Apollo высадились на Луне в 1969–1972 годах, и все места высадки находились вблизи лунного экватора. Южный полюс, напротив, обладает совершенно иными условиями освещения и рельефа и рассматривается как один из ключевых районов будущих исследований.
По мере того как люди начнут проводить больше времени на поверхности, вопрос биологического загрязнения станет более сложным. Один визит оставляет ограниченное количество материала, тогда как долговременная деятельность предполагает транспортировку оборудования, строительство, перемещение людей между различными участками и регулярное использование одних и тех же районов.
Поэтому ещё до начала масштабного освоения необходимо определить, какие микроорганизмы сопровождают человека, где они могут сохраняться и насколько далеко способны распространяться от мест высадки.
Такой подход позволит не только уменьшить загрязнение Луны земной биологией, но и сохранить научную ценность полярных районов. Чем раньше будет проведена базовая характеристика лунной среды, тем легче в дальнейшем определить, какие изменения появились в результате человеческой деятельности.
Следующим шагом станет проверка реального поведения микроорганизмов
Авторы исследования подчёркивают необходимость дальнейшей работы. Модели позволяют определить потенциально благоприятные для выживания участки, но расчёты не могут полностью заменить наблюдения в реальной лунной среде.
Необходимо лучше понимать, как земные микроорганизмы ведут себя при конкретном сочетании температуры, ультрафиолетового излучения, вакуума и космической радиации. Важен также вопрос продолжительности сохранения жизнеспособности и того, какие изменения происходят с организмами после длительного пребывания в лунных условиях.
Перспективными направлениями становятся более подробные эксперименты с микроорганизмами и стандартизированные методы контроля биологического загрязнения во время будущих экспедиций. Чем точнее будут известны исходные условия и состав земного биологического материала, тем надёжнее можно будет интерпретировать результаты последующих исследований.
Для Луны это прежде всего вопрос сохранения чистоты научных наблюдений. Для будущего освоения Марса значение проблемы ещё выше: там любой потенциальный биологический сигнал потребуется рассматривать с особой осторожностью, чтобы не принять земное загрязнение за свидетельство внеземной жизни.
Таким образом, Южный полюс Луны оказался менее однозначно враждебным для земных микроорганизмов, чем можно было предположить, если рассматривать всю поверхность спутника как одинаково смертельную среду. Глубокие тени и особенности полярного рельефа создают небольшие области, где отдельные микроорганизмы способны сохранять жизнеспособность. Но это не превращает Луну в пригодный для жизни мир: речь идёт о временном сохранении земных организмов, а не об их полноценном существовании и размножении.
Полученный результат имеет прежде всего практическое значение. По мере возвращения людей на Луну исследователям придётся учитывать не только радиацию, температуру и наличие льда, но и невидимый биологический след самих космонавтов. Контроль этого следа станет частью задачи по сохранению лунной среды и достоверности будущих научных исследований.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
