25 август 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Д-р Хейзъл Бартън - изследователят на екстремофилния живот

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 18 май 2016 в 12:0029430
Снимка: Hazel Barton/https://twitter.com/hazb

Д-р Хейзъл Бартън е водещ учен в полето на микробиологията и изследванията на екстремофилния живот. Тя е професор по микробиология и геология в политехническия университет в Ейкрън, Охайо. Нейната лаборатория за изследване на екстремофилния живот в пещерите и по конкретно работата й в сравнителната генетика и колективното и индивидуално адаптиране към постоянния хранителен дефицит в екстремни условия, е една от водещите в света. В момента работи към проекта Марс 2020 на НАСА, където в съображение с правилата на Комитета за Космически Изследвания (COSPAR) на Международния Съвет по Наука (ICSU), разработва методи за поддържане на чистотата на апаратите, така че да се ограничи вероятността бактерии от Земята да бъдат пренесени на червената планета.

Нейната лична страст към пещерите, не просто като учен, но и спортист, я отвежда от дълбините на земята, до полето на астробиологията. Общото между двете е изненадващо много. Научавайки за феноменалните способности на живота да се развива дори в най-неблагоприятните условия на Земята, ние разширяваме границите на възможното и идентифицираме все повече среди за неговото съществуване.

Макар астробиологията да има меко казано наивистично представяне в популярните медии и киното, дисциплината има сериозна история с голямо значение за науката като цяло и генетиката, компютърните технологии и телекомуникациите в частност.

Д-р Хейзъл Бартън - снимка личен архив

Двете основни направления на астробиологията са изследването на екстремофилния живот тук на Земята и идентифициране на планети и планетарни тела, които имат минималните условия за развитие на такъв живот.

До неотдавна единственият източник на информация за живота е бил собствената ни планета. Tърсенето на живот другаде в слънчевата система е основен приоритет на астробиологията. Към момента, освен Земята, само в слънчевата система има още поне 4 други планетарни тела, които имат демонстрират подходящи условия за ектремофилен живот.

Примерите, които д-р Бартън цитира в своята лекция, бяха Марс и луните Европа, Енцелад и Титан.

Повърхността на Марс. Снимка: Curiosity - NASA/JPL-Caltech/MSSS.

Отдавна заел своето място в съзнанието на хората, най-близката по своите характеристики планета до нашата собствена, Марс е и най-добрата опция за живот в Слънчевата система. Вече имаме достатъчно доказателства, благодарение на апаратът Кюриозити (Curiosity), че някога Марс е имал подходящи, даже сходни със Земята, условия за живот.

Неговото метално ядро, подобно на земното, е генерирало магнитосфера, която е защитавала планетата от мощните слънчеви ветрове. На повърхността му някога е имало течна вода, атмосферата е била многократно по плътна и температурата му е била средно много по висока от сегашната.

Трагедията на Марс е в загубата на ротацията на ядрото, поради което планетата губи своето магнитно поле, а от там и постепенно губи своята течна вода на повърхността и плътността на атмосферата си. Но дори в момента има достатъчно вода за екстремофилен живот, под повърхността на планетата. Там ще се фокусират и изследванията на следващия апарат от програмата Марс 2020, първият със системи за търсене на живот.

Европа, заснета от апаратът Галилео, с ясно видими линии по ледената й повърхност, демонстриращи геологични процеси. Снимка: Galileo - NASA / Jet Propulsion Lab-Caltech / SETI Institute.

Европа е една от луните на Юпитер, която учените с любов наричат мръсната снежна топка. Под повърхността й от километричен лед се намира огромен солен океан. Нещо повече, луната има собствена геологична активност с вулкани и гейзери, които предполагат условия, сходни с тези открити на дъното на океаните на собствената ни планета. Предстоящата мисия на Европейската Космическа Агенция JUICE (Jupiter Icy Planets Explorer) ще ни приближи още повече към разбирането на същността на Европа и нейните съседи Калисто и Ганимед.

Гейзерите на Енцелад изхвърлят вода на стотици километри. Снимка: Cassini - ESA/NASA/JPL/Space Science Institute.

Сатурновата луна Енцелад споделя някои сходства с юпитеровата Европа.
Един от прякорите й е луната с тигрови райета, заради огромните следи от обръщащия се лед на нейната замръзнала повърхност. Подобно на Европа, под километричната обвивка се намира течен океан, отново с геологична активност от вулкани и гейзери. Наблюдавани са огромни гейзери и на нейната повърхност, формирани от стреса при разместването на ледените плочи. Космическия апарат Касини откри във водата, изхвърлена на близо 200 километра височина, достатъчно следи от органични съединения, за да предизвика интерес за допълнителни изследвания в бъдеще.


Мозайка на Титан в инфрачервено. Видими през разкъсаната облачност са някои от въглеводородните му езера на повърхността. Снимка: Cassini - ESA/NASA/JPL/Space Science Institute.

Макар и с най-слаба вероятност за живот от цитираните, опитът на д-р Бартън и нейните колеги подсказва, че не е изключено Титан - огромната луна на Сатурн с нейния планетарен размер и комплексен химически състав - да осигурява възможност на някакъв много екзотичен живот да съществува в нейната екстремна среда. Повърхността й, с реки и езера от въглеводороди, със сложен климат и атмосфера, макар и токсична за нас, дори и отчитайки изключително ниските й температури, може да бъде дом за някои микроби. Дали живот е възможно да се породи в такива условия или е теоретично възможно живот да се адаптира към тях, тепърва ще бъде изследвано.

Освен цитираните планетарни тела, Слънчевата система има още над 200 други, предимно луни, които притежават едно или друго условие, което е необходимо за поддържане на екстремофилен живот. Сред по-обещаващите напоследък са някои от другите луни на Юпитер и Сатурн, както и планетата джудже от астероидния обръч Церера, която също в състава си има огромно за размера й количество вода под повърхността.

От всички тези примери, можем да извлечем три минимално необходими условия за поддържане на живота.

Първо - животът се нуждае от някакъв течен разтворител - вода.
Второ - нуждае се от геохимична енергия.
Трето - нуждае се от защита от слънчевата радиация, което в разгледаните примери без собствена магнитосфера, означава горните условия да се намират под повърхността.

В такъв случай, какъв живот може да очакваме да намерим на тези и други сходни тела?
Примерите от собствената ни планета са много и твърде интересни.

В пещерите на Земята няма как да се произвежда енергия чрез фотосинтеза. Много от тези пещери имат толкова изолирана среда, че на практика няма никакво взаимодействие между живота там и живота на повърхността. Водата е ограничена, а времето, което отнема на нова вода от повърхността да достигне някои от тези места е над 10 000 години. Хранителните ресурси са минимални и организмите там са в постоянно състояние на глад.

Въпреки това, живот има, при това, изненадващо разнообразен.

Приетото в много езици име на елемента азот произлиза от старогръцки и означава “без живот”. Показателно за адаптивността на живота са откритите бактерии, които са се адаптирали да добиват нужната си енергия от именно от азот (N), други газове, сред които сероводород (H2S), дори и от минерали и чисти метали - желязо (Fe) и магнезии (Mg).

Това са сред начините, по който те оцеляват в мрак и постоянен глад. Въпреки трудностите, животът, който се развива в такава среда, може да бъде много разнообразен.


Езеро в пещерната система на Черните хълмове в Южна Дакота. Снимка: The National Park Service/Associated Press.

Дълбоко в пещерната система на Черните хълмове в Южна Дакота се намират поредица от свързани езера на възраст от 50 000 години, които имат едни от най-чистите води на планетата. Ако за сравнително чиста се счита вода с около 100 000 бактерии на милилитър, то в тези езера са измерени едва около 2000 бактерии на милилитър. Слизането до там е само за най-опитните, на много места процепите в скалите са с ширина само около 20 сантиметра. Д-р Бартън е сред малкото, които са стигали тези дълбини на стотици метри. Ръководила е няколко експедиции, по време на които от тези езера са успели да вземат за изследвания общо 300 литра вода. От тях са извлекли едва 500 нанограма ДНК. При все това, този генетичен материал им е позволил да идентифицират 30 царства бактерии и в пъти повече отделни видове, които населяват тези праисторически води. За да филтрират бактериите от водата, са използвали специално направен за целта филтър с пропускливост от 0.1 микрон, защото стандартните филтри са били твърде широки, за да уловят бактериите.

От тук и заключението, че екстремофилния живот често е принуден да бъде наистина миниатюрен.

Планините в щата Минас Жерайс в Бразилия, особено в района около столицата му - Бело Оризонте, са сред най-богатите на желязо в света - близо 70% от масата им е съставена от този елемент. Дълбоко в пещерите на тези планини живеят бактериите Shewanella Oneidensis, върху които д-р Бартън е правила проучвания заедно със свои колеги през 2013-а година. Тези бактерии могат да живеят анаеробно и могат да се хранят с отрицателно заредени железни, оловни и уранови йони, редуцирайки ги обратно до неутрални атоми. Богатото им присъствие тези планини и ефекта, който имат върху скалите, демонстрира, че те имат формираща роля за пещерните системи, които населяват. Множество скални срутвания в тези пещери са предизвикани от колонии на бактерии, хранещи се със желязото под повърхността.

Shewanella Oneidensis върху хематит. 3000 пъти увеличение. Снимка: Environmental Molecular Sciences Laboratory.

Това е причината, поради която продължаващите изследвания на тези бактерии са много обещаващи - от една страна за тяхното приложение за индустрията тук на Земята и от друга, за изработване на модели за живот в екстремна среда като тази на Марс, който също е много богат на желязо и железни съединения.

В заключение, д-р Бартън ни съветва да не питаме биолозите, ако искаме някой да ни опише как излгежда живота по принцип. Само за последните три десетилетия, представите ни за това какво е живот са се променили значително.

По данни на екзопланетарния архив на Калтех, откакто космическия телескоп Кеплер търси планети извън слънчевата система, са намерени и потвърдени 2329 тела, обикалящи далечни звезди. От тях потвърдено в орбита в обитаемата зона се намират 297 планети.

Екстраполирайки на базата на настоящите данни, може разумно да се предположи, че само в нашата галактика на Млечния път съществуват около 40 милиарда планети, които са в орбита в обитаемата зона на техните звезди.

Макар и едва в своето начало, астробиологията е вълнуваща дисциплина с огромно поле за развитие. Според НАСА, първите категорични доказателства за живот извън Земята, ще бъдат открити в рамките на следващите две десетилетия.

Още за астробиологията, можете да прочетете в NASA, за работата на д-р Хейзъл Бартън - в сайта на нейната лаборатория Cave Science и за мисията за търсене на живот на Марс - в сайта на Mars 2020.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.