Лунная поверхность кажется одним из самых непригодных для жизни мест в Солнечной системе. Здесь практически отсутствует атмосфера, нет устойчивой жидкой воды на поверхности, температура резко меняется, а солнечное ультрафиолетовое излучение и космические частицы напрямую воздействуют на грунт. Тем не менее новое исследование показывает, что некоторые микроорганизмы с Земли могут сохраняться даже в таких условиях — правда, не в состоянии активной жизни, а в своеобразном режиме биологического «ожидания».
Исследователи изучили устойчивость трех видов бактерий и двух видов грибов, которые встречаются в условиях пилотируемых космических миссий и ранее демонстрировали способность переносить вакуум, холод и воздействие высокоэнергичных частиц. Затем эти данные сопоставили с картами лунной поверхности, содержащими информацию об ультрафиолетовом излучении и температуре.
Результат оказался неожиданным: на обоих полюсах Луны существуют участки, где некоторые земные микроорганизмы теоретически способны сохраняться. Речь не идет о существовании самостоятельной лунной биосферы и тем более об обнаружении жизни на Луне. Исследование показывает другое: занесенные с Земли микроорганизмы потенциально могут пережить пребывание на поверхности естественного спутника в состоянии криптобиоза в течение определённого времени.
Это имеет значение не только для понимания пределов выживаемости земной жизни. По мере того как человечество возвращается на Луну, проблема загрязнения лунной поверхности земными организмами становится все более практической.
Почему лунная поверхность считалась почти непригодной для микроорганизмов
На Луне практически нет условий для активной жизни
На Земле микроорганизмы могут существовать в чрезвычайно разнообразных средах, включая места с высокой температурой, сильным холодом, недостатком воды и повышенным уровнем радиации. Однако лунная поверхность сочетает сразу несколько факторов, которые делают ее гораздо более экстремальной.
У Луны практически отсутствует плотная атмосфера. Поэтому поверхность не защищена от прямого воздействия солнечного ультрафиолета так, как поверхность Земли. Атмосфера нашей планеты поглощает значительную часть опасного излучения, тогда как на Луне солнечные лучи непосредственно достигают грунта.
Кроме того, лунная поверхность испытывает сильные температурные изменения. В зависимости от освещения и конкретного участка температура может существенно меняться, а в постоянно затененных областях полярных регионов сохраняется чрезвычайно холодная среда.
Еще один фактор — космическое излучение и поток высокоэнергичных частиц. Земля защищена от значительной части такого воздействия магнитным полем и атмосферой. Луна подобной естественной защиты практически не имеет.
Главным препятствием считалось солнечное излучение
Предыдущие исследования уже оценивали возможность сохранения микроорганизмов на Луне. Одно из исследований 2019 года пришло к выводу, что наиболее серьезными препятствиями для выживания микробов на лунной поверхности являются ультрафиолетовое излучение и солнечное тепло.
Такой вывод вполне закономерен для открытой поверхности Луны. Микроорганизм, оставшийся непосредственно под солнечными лучами, оказывается практически без естественного экрана между собой и космической средой.
Однако у лунной поверхности есть важная особенность: она далеко не везде освещается одинаково. Рельеф создает участки, куда солнечный свет попадает значительно слабее или не попадает непосредственно.
Именно это обстоятельство стало одним из ключевых элементов нового исследования.
Полюса Луны оказались особенно интересными
Рельеф способен создавать естественную защиту
Луна покрыта кратерами, возвышенностями, склонами, впадинами и другими формами рельефа. На безатмосферном небесном теле даже относительно небольшая геометрическая особенность поверхности может существенно изменить условия освещения.
Склон, обращенный в сторону от Солнца, может получать намного меньше прямого излучения, чем расположенный рядом открытый участок. В глубине впадины или возле возвышенности поверхность может быть частично защищена от солнечного света.
Для микроорганизма, находящегося в состоянии биологического покоя, даже такая ограниченная защита способна иметь большое значение. Исследователи поэтому решили учитывать не только усредненные характеристики лунной поверхности, но и пространственное распределение температуры и ультрафиолетового излучения.
В полярных районах существуют постоянно затененные области
Особое положение занимают северный и южный полюса Луны. Из-за геометрии вращения и рельефа некоторые участки полярных областей получают крайне мало прямого солнечного света.
В наиболее глубоких постоянно затененных областях солнечные лучи могут практически не достигать поверхности в течение чрезвычайно длительного времени. Именно в таких местах были обнаружены значительные запасы водяного льда.
Наличие льда уже сделало лунные полюса одной из главных целей будущих исследований и космических миссий. Теперь выясняется, что те же особенности рельефа могут иметь значение и с точки зрения сохранения земных микроорганизмов.
Это не означает, что в лунном льду обнаружены бактерии или грибы. Исследование не сообщает об обнаружении живых организмов на Луне. Ученые лишь рассчитали, где занесенные туда земные микроорганизмы могли бы иметь наибольшие шансы на сохранение.
Какие микроорганизмы изучали
В исследовании использовали бактерии и грибы
Ученые рассмотрели три вида бактерий и два вида грибов. Выбор был связан с тем, что подобные микроорганизмы встречаются в условиях пилотируемых космических миссий, а некоторые из них уже демонстрировали высокую устойчивость к экстремальным факторам космической среды.
Это важная деталь. Исследователи не пытались определить, способны ли любые случайные земные организмы пережить пребывание на Луне. Они сосредоточились на микроорганизмах, для которых уже существовали данные об устойчивости к воздействию вакуума, холода и высокоэнергичных частиц.
Поэтому полученные результаты нельзя автоматически распространить на всю земную микробиоту.
На Земле существуют миллионы различных микроорганизмов, причем их устойчивость к экстремальным условиям сильно различается. Одни быстро погибают при высыхании или охлаждении, тогда как другие способны переходить в состояния, позволяющие им длительное время переживать крайне неблагоприятные условия.
Устойчивость к космической среде уже была известна
Некоторые микроорганизмы способны переносить факторы, которые обычно быстро повреждают клетки.
К ним относятся сильное обезвоживание, низкие температуры, вакуум и радиационное воздействие. В космической биологии подобные свойства особенно важны, поскольку именно они определяют, насколько долго организм может сохраняться за пределами Земли.
Однако устойчивость к одному фактору не означает устойчивость ко всем факторам одновременно. Поэтому исследователям было необходимо учитывать совокупное воздействие условий на конкретных участках Луны.
Микроорганизмы не будут активно жить на поверхности Луны
Речь идет о криптобиозе
Ключевое понятие для понимания результатов исследования — криптобиоз.
Криптобиозом называют состояние, при котором метаболическая активность организма резко снижается или практически прекращается в ответ на неблагоприятные условия. В таком состоянии организм не растет и не размножается обычным образом.
Это принципиально отличается от активной жизни.
Если бактерия или гриб попадает на подходящий для него земной участок, где имеются вода, подходящая температура и необходимые вещества, он может поддерживать обычные биологические процессы. На открытой лунной поверхности таких условий нет.
Поэтому потенциально выживший микроорганизм на Луне не будет формировать колонию, размножаться и распространяться так, как на Земле. Его существование в рассматриваемом сценарии сводится к сохранению жизнеспособности в состоянии глубокой биологической неактивности.
Возвращение к активному состоянию требует более благоприятной среды
Смысл криптобиоза заключается в возможности пережить неблагоприятный период, а не в полноценном функционировании организма в экстремальной среде.
Если условия снова становятся подходящими, некоторые организмы способны восстановить метаболическую активность. Именно поэтому способность сохраняться в криптобиозе имеет большое значение для космической биологии.
На Луне естественного перехода к активной жизни ожидать не следует: для этого там отсутствует стабильная среда с необходимым количеством доступной воды и другими условиями.
Но ситуация может измениться локально, если земной микроорганизм окажется внутри защищенной среды, созданной человеком или принесенным материалом.
Даже след человека может изменить микросреду
Лунный рельеф не единственный источник укрытия
Одним из наиболее необычных выводов исследования стало то, что для создания потенциально пригодной микросреды может быть достаточно очень небольшого изменения поверхности.
След от ботинка или след колеса лунохода способен изменить локальные условия освещения. Углубление в реголите может частично экранировать микроорганизм от прямого солнечного излучения.
На Земле такие изменения практически незаметны с точки зрения биологии: поверхность постоянно подвергается воздействию атмосферы, воды, ветра и других процессов. На Луне ситуация совершенно иная.
Из-за отсутствия плотной атмосферы и жидкой воды некоторые созданные человеком изменения поверхности могут сохраняться значительно дольше.
Тень становится важным фактором
На Земле тень обычно рассматривается как временное явление. На Луне некоторые геометрические особенности рельефа могут создавать долговременные области с очень низкой освещенностью.
Для микроорганизма, находящегося в состоянии криптобиоза, это может быть критически важно. Прямое ультрафиолетовое излучение является одним из факторов, способных повреждать биологические структуры. Если поверхность экранирована, интенсивность этого воздействия снижается.
Поэтому потенциально пригодной для сохранения микроорганизмов может оказаться не только глубокая полярная впадина. Подходящие условия теоретически могут возникнуть и в небольшом углублении, если оно обеспечивает достаточную защиту от солнечного излучения.
Что это означает для будущих лунных экспедиций
Человечество уже отправило на Луну огромное количество техники
Луна посещалась многочисленными автоматическими аппаратами, начиная с первых советских и американских миссий и заканчивая современными посадочными аппаратами и орбитальными станциями.
Пилотируемые экспедиции также доставляли на поверхность различные материалы, связанные с деятельностью человека.
Любой аппарат, отправляемый с Земли, представляет потенциальный путь переноса земного биологического материала. Несмотря на процедуры стерилизации и контроля загрязнений, абсолютное отсутствие микроорганизмов на сложной космической технике обеспечить чрезвычайно трудно.
Именно поэтому планетарная защита является важной частью космических исследований.
Возвращение людей увеличит значение проблемы
Будущие пилотируемые миссии должны исследовать районы Луны, которые ранее практически не посещались человеком. Особенно большое значение имеют полярные области, где находятся постоянно затененные участки и залежи водяного льда.
Эти районы одновременно представляют научный интерес и являются потенциально чувствительными с точки зрения биологического загрязнения.
Если земные микроорганизмы способны сохраняться в некоторых полярных микросредах в течение длительного времени, то каждый новый аппарат или человек может стать дополнительным источником заноса биологического материала.
Поэтому при планировании длительных экспедиций необходимо учитывать не только технические вопросы, но и то, какие земные материалы и микроорганизмы могут попасть в исследуемые области.
Лунные полюса могут стать естественным хранилищем земного материала
Луна способна сохранять вещества в течение очень долгого времени
Почти полное отсутствие атмосферы и поверхностной жидкой воды делает лунную среду необычной с точки зрения сохранения материалов.
На Земле следы древних событий постепенно уничтожаются или изменяются благодаря эрозии, осадконакоплению, биологической активности и геологическим процессам.
На Луне многие процессы происходят значительно медленнее. Именно поэтому лунный реголит рассматривается как своеобразная летопись воздействий, которым подвергалась поверхность.
Полярные постоянно затененные области особенно интересны благодаря способности сохранять летучие вещества, включая водяной лед.
На Луне могли оказаться материалы, выброшенные с Земли
Существует и принципиально другой путь попадания земного биологического материала на Луну.
Крупные астероидные столкновения с Землей в прошлом могли выбрасывать в космос фрагменты земных пород. Часть такого материала могла покидать Землю и впоследствии достигать Луны.
Подобный механизм не означает, что на Луне обязательно существуют сохранившиеся земные микроорганизмы. Это лишь физически возможный способ переноса материала между двумя небесными телами.
Если отдельные микроорганизмы действительно находились внутри выброшенной породы и выдерживали условия выброса, перелета и последующего пребывания на Луне, их остатки теоретически могли сохраниться.
Именно поэтому лунный грунт представляет интерес не только как материал самого спутника Земли, но и как потенциальное хранилище древних веществ, связанных с историей нашей планеты.
Луна может помочь изучать древнюю историю Земли
Земля постоянно уничтожает собственные следы прошлого
Земная поверхность очень динамична. Горные породы разрушаются, перемещаются и погружаются в недра. Океаническая кора перерабатывается в ходе тектонических процессов. Вода и атмосфера изменяют химический состав минералов.
Из-за этого чем дальше в прошлое мы пытаемся заглянуть, тем меньше непосредственных свидетельств первоначальных условий остается.
Луна в этом отношении принципиально отличается.
Ее поверхность тоже изменяется под воздействием микрометеоритов, солнечного ветра и других факторов, однако процессы, характерные для активной земной поверхности, здесь отсутствуют или выражены намного слабее.
Поэтому лунный грунт способен сохранять свидетельства древних событий гораздо дольше.
Полярные области особенно интересны
Постоянно затененные районы могут оказаться своеобразными природными хранилищами. Там сохраняются летучие вещества, которые на освещенной поверхности постепенно теряются.
Если когда-либо на Луну попадал материал земного происхождения, содержащий органические соединения или микроорганизмы, особенно интересными для поиска могут стать именно участки, способные сохранять такой материал в течение длительного времени.
Это не означает, что на Луне уже найдены следы древней земной жизни. Пока речь идет о научной возможности и направлении будущих исследований.
Как земные микроорганизмы могут попасть на Луну сегодня
Космические аппараты являются очевидным источником
Самый прямой путь — человеческая космическая деятельность.
Любой посадочный аппарат создается, собирается и тестируется на Земле. Несмотря на меры по снижению биологического загрязнения, оборудование может содержать остаточные микроорганизмы или их споры.
После посадки часть такого материала потенциально может оказаться на лунной поверхности.
Для большинства земных организмов лунные условия смертельны. Но результаты нового исследования показывают, что полностью исключать возможность длительного сохранения отдельных устойчивых видов нельзя.
Люди создают новые микросреды
Пилотируемая экспедиция отличается от автоматической станции значительно большим количеством материалов и объектов, способных контактировать с поверхностью.
Скафандры, инструменты, транспортные средства, посадочные системы и другие элементы оборудования могут переносить биологический материал.
Кроме того, деятельность человека изменяет сам реголит. Следы, углубления, насыпи и другие локальные изменения поверхности могут создавать условия, отличающиеся от окружающей среды.
Именно поэтому будущие постоянные или длительные лунные базы требуют более строгого учета биологического загрязнения, чем кратковременные автоматические миссии.
Это не означает, что на Луне существует жизнь
Исследование не обнаружило лунных микроорганизмов
Самое важное ограничение результатов заключается в том, что ученые не нашли бактерии или грибы непосредственно на Луне.
Они использовали данные о выживаемости известных земных микроорганизмов и сопоставили их с характеристиками лунной среды.
Поэтому правильная формулировка заключается в том, что некоторые земные микроорганизмы потенциально способны сохраняться на отдельных участках Луны.
Это существенно отличается от утверждения, что «ученые нашли жизнь на Луне».
Никакой естественной лунной биосферы в результате исследования обнаружено не было.
Выживание не равно размножению
Еще одна важная граница — между сохранением жизнеспособности и активной жизнью.
Если микроорганизм находится в криптобиозе, он не растет и не размножается. Поэтому даже длительное сохранение жизнеспособной клетки не означает существования на Луне устойчивой популяции.
Для формирования самостоятельной экосистемы нужны постоянный источник энергии, доступная жидкая вода или другая подходящая среда, химические вещества и возможность размножения.
Ничего подобного для лунной поверхности в рамках данного исследования не установлено.
Почему результаты важны для планетарной защиты
Загрязнение других миров может повлиять на будущие исследования
Планетарная защита направлена не только на предотвращение попадания потенциально опасного внеземного материала на Землю. Существует и обратная задача — не переносить земную биологию на другие небесные тела таким образом, чтобы это мешало будущим исследованиям.
Это особенно важно там, где ученые пытаются искать признаки существующей или древней жизни.
Если земной микроорганизм случайно попадет в исследуемую область и сохранится, будущая миссия может обнаружить его и ошибочно принять за местный биологический объект.
На Луне такой риск особенно интересен в контексте поиска древних веществ и изучения воздействия человека на практически нетронутые участки поверхности.
Лунные миссии становятся все более сложными
Предстоящая активизация исследований Луны означает, что число аппаратов и операций на ее поверхности будет расти.
Планируются новые посадки, исследование полярных районов, работа с реголитом и водяным льдом, а в дальнейшем — более продолжительное присутствие человека.
Чем больше техники и людей будет находиться на поверхности, тем больше станет потенциальных путей переноса земного материала.
Поэтому информация о том, какие микроорганизмы способны сохраняться в конкретных условиях, нужна не только для фундаментальной биологии, но и для практического планирования будущих миссий.
Что предстоит проверить экспериментально
Расчеты необходимо дополнить реальными испытаниями
Нынешнее исследование основано на сопоставлении уже имеющихся данных о выживаемости микроорганизмов с измерениями условий на лунной поверхности. Это позволяет определить потенциально пригодные участки, но не заменяет непосредственный эксперимент.
Следующий этап — проверка того, насколько хорошо разные микроорганизмы действительно выдерживают длительное воздействие луноподобной среды.
Для этого можно использовать наземные установки, способные воспроизводить отдельные факторы Луны, а также будущие космические эксперименты.
Особенно важно учитывать продолжительность воздействия. Выживание в течение нескольких часов, месяцев и многих лет — совершенно разные биологические задачи.
Необходимо изучить больше видов
Пять изученных типов микроорганизмов не могут представлять все разнообразие земной жизни.
Различные бактерии и грибы обладают разной устойчивостью к радиации, обезвоживанию, холоду и вакууму. Некоторые способны образовывать споры или другие устойчивые структуры, позволяющие переживать неблагоприятные периоды.
Поэтому дальнейшие исследования должны расширять набор изучаемых организмов и учитывать различные формы их существования.
Это позволит точнее определить, какие именно земные микроорганизмы представляют наибольший риск длительного загрязнения лунной поверхности.
Новое представление о Луне как о биологически не совсем нейтральном мире
Луна по-прежнему остается крайне враждебной средой для земной жизни. На ее поверхности нет привычной атмосферы, стабильной жидкой воды и условий, необходимых для обычного роста микроорганизмов. Солнечное ультрафиолетовое излучение, температурные экстремумы и космическая радиация создают серьезные препятствия для существования активных клеток.
Но новое исследование показывает, что это не обязательно означает мгновенное уничтожение любого земного микроорганизма.
Некоторые устойчивые бактерии и грибы потенциально могут сохраняться на отдельных участках лунной поверхности в состоянии криптобиоза. Особенно интересны полярные районы, где рельеф создает области с низким уровнем освещения и где существуют постоянно затененные участки.
Еще более важным оказывается тот факт, что защитное укрытие может быть совсем небольшим. Углубление в реголите, тень от элемента рельефа или даже след, оставленный человеком или аппаратом, теоретически способны изменить локальные условия настолько, чтобы повысить вероятность сохранения микроорганизма.
При этом исследование не говорит о существовании жизни на Луне и не доказывает, что земные микроорганизмы уже пережили пребывание на ее поверхности. Оно показывает потенциальную возможность такого выживания на основе известных свойств микроорганизмов и характеристик лунной среды.
Для будущего освоения Луны это имеет вполне практическое значение. Человечество собирается возвращаться в те районы, которые особенно интересны из-за запасов водяного льда и необычных условий освещения. Именно там необходимо особенно внимательно относиться к переносу земного биологического материала.
Кроме того, Луна может оказаться важным естественным архивом. Материал, выброшенный с Земли древними столкновениями, мог в прошлом достигать ее поверхности, а относительно стабильная лунная среда способна сохранять некоторые вещества значительно дольше, чем активная поверхность нашей планеты. Пока это остается гипотезой, которую предстоит проверять будущими исследованиями.
Таким образом, Луна оказывается интересной не потому, что на ней обнаружили жизнь, а по противоположной причине: она позволяет исследовать, насколько долго земная жизнь способна сохранять жизнеспособность за пределами родной планеты и где проходит реальная граница устойчивости биологических систем. Для будущих лунных экспедиций это одновременно вопрос фундаментальной науки и важная задача по предотвращению биологического загрязнения других миров.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
