Жизнь на пределе: признания астробиолога

Технический перевод статьи журнала ROOM, № 3(9) 2016

Так автор книги «Зов предков», Джек Лондон, писал в своей книге, которая впервые была опубликована в 1903 году, об обычной собаке, которая училась выживать на границе цивилизаций. Для Микаэлы Мусиловой, это был «зов непознанного», который с первых шагов освоения космического пространства и чужеродных форм жизни, призывал к действию. Эта статья является историей ее уникального путешествия, постоянного поиска крайних форм жизни и ответов на некоторые самые проникновенные астробиологические вопросы.

Для многих из вас, читающих эти строки, вероятно, все начиналось с увлечения рассматривать ночное небо или с мечты путешествовать в космосе, которые в конечном счете привели вас в космическую отрасль. И, при том, что в один прекрасный день я надеялась полететь в космос, это был «зов непознанного», который всегда мотивировал меня и в результате привел туда, где я есть сегодня.

Откуда мы пришли? Каким будет наше будущее на Земле и что скрывается за ее пределами? Мы одни во вселенной? Такими были вопросы, которые постоянно кружились в моей голове, когда я была подростком. Мне требовалось принять самое важное решение в своей жизни: выбрать науку в качестве своей карьерной стези и оставить все свои прочие увлечения в качестве хобби (искусство, языки и дипломатию)? Или выбрать «практический» путь и оставить космическое пространство в качестве приятного времяпрепровождения?

В течение многих лет я подавляла свою любовь к освоению космического пространства и инопланетянам, с тех самых пор, когда я впервые, будучи ребенком, одела костюм астронавта. Мои родители подталкивали меня к последнему варианту, поскольку никто в семье не был ученым, и мои родители опасались за мое будущее, если мне придется последовать за своим сердцем. Кроме того, они были не в состоянии оплачивать мое обучение в университете, особенно если речь идет о космических науках, которые необходимо изучать в Великобритании или США. Может быть, я продолжила свою жизнь изучением истории искусства и дипломатии, если бы не экстремальные организмы - организмы, которые живут в экстремальных условиях.

Ночь перед тем как мне предстояло принять жизненно важное решение, моя мама посоветовала мне посмотреть документальный фильм Чужие из глубин Джеймса Кэмерона, потому что она знала, что меня интересует. В фильме, экипаж космонавтов и ученых обнаруживает невероятные экстремофилы, которые были похожи на инопланетян - и в то же время изучая глубины океанов в аппаратах для изучения подводного мира.

Именно тогда я поняла, что нам предстоит еще многое узнать о границах жизни в целом, что шансы на жизнь в экстремальных условиях существуют в других местах Вселенной и даже выше, чем мы могли бы подумать. Это был переломный момент. Я знала, что, начиная с этого момента, я уже не смогу жить той жизнью, где у меня есть «нормальная» работа и продолжать подавлять свои пристрастия.

Почему эти экстремофилы так увлекли меня? Для меня это была не просто разновидность увлеченности по шкале мировых рекордов Гиннесса: в каких пределах могут жить эти исключительные существа: в очень жарких, солончаковых или очень кислых условиях?

Это произошло потому, что экстремофилы уже давно превзошли все, чем регулярно хвастается экипаж звездолета Enterprise в Звездном пути, что они идут туда, где еще никто и никогда не был. Как говорит знаменитый астробиолог и одна из моих ролевых моделей Линн Ротшильд: «Увы, ученые обнаружили, что жизнь на Земле уже прошла через это, и проходила через все это в течение миллиардов лет.»

Ученые обнаружили экстремофилы на Земле повсюду: в глубинах океанов, внутри ледников, токсических пещерах и даже в облаках. Кроме того, исследование экстремофилов также имеет практическое применение. Например, первые экстремофилы были обнаружены около 50 лет назад в горячих термальных водах (> 80 ° C) Йеллоустонского национального парка в Соединенных Штатах.

Изобретение полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием термостойкого фермента Taq ДНК-полимеразы берет свое начало от теплолюбивой экстремофилы Thermus aquaticus и даже получило Нобелевскую премию. Он считается одним из наиболее важных ферментов в области молекулярной биологии в связи с его использованием в процессе амплификации ДНК. Ферменты и другие биохимические соединения из холодолюбивых экстремофилов можно, в свою очередь, использовать в пищевой промышленности, например, для хранения пищевых продуктов при низких температурах.

Однако, что меня более всего привлекает в экстремофилах – это факт, что подобная жизнь потенциально может быть найдена в аналогичных экстремальных условиях на других небесных телах. Таким образом, они очень важны для астробиологии - междисциплинарной науки, которая изучает происхождение и распространение жизни во Вселенной.

Когда я была подростком, астробиология только начиналась как наука, и ее невозможно было изучать в университете. Поэтому я решила найти свой собственный путь. Я обнаружила, что в Великобритании можно изучать планетоведение: сочетание геологии и астрофизики. Обучение в университетах в США, где были предложены аналогичные варианты, стоило дороже.

Я проложила свой собственный путь к исследованиям астробиологии. Сначала я изучала планетарную науку в Университетском колледже Лондона (UCL), где я постигла важность геологии в оказании влияния на возможность формирования жизни на небесных телах: от лун, как наша собственная, придающих планетам стабильность и защищая их от астероидных столкновений и жидких внутренних ядер планет, производящих магнитные поля, которые могут помочь защитить атмосферу до геологических процессов, которые могут дать или отнять жизнь.

Например, гигантские извержения вулканов и удары астероидов служат наиболее вероятным объяснением многих массовых вымираний, которые имели место на протяжении всей истории Земли. С другой стороны, гидротермальные жерла, некоторые осадочные формации и другие геохимические среды считаются очень вероятными местами для возникновения первых форм жизни.

Точно так же, я погрузилась в астрофизические аспекты астробиологических исследований. Я работала над несколькими факультативными проектами в обсерватории Лондонского Университета, где мы использовали так называемый транзитный метод (метод регистрации звёздных прохождений) для идентификации внесолнечных планет, вращающихся вокруг звезды за пределами нашей Солнечной системы.

Для многих ученых цель заключается в том, чтобы попытаться найти планеты, подобные нашей собственной: с точки зрения размера, расстояния от своей звезды, а в идеале с точки зрения состава атмосферы. Мы были счастливы, что, еще будучи студентами, мы помогли выявить некоторые из них.

Затем я узнала о стипендиальной программе, чтобы компенсировать свои расходы на учебу в Калифорнийском технологическом институте (Caltech), США, который на тот момент был признан лучшим университетом в мире. Именно там, я смогла добавить микробиологию, науку об окружающей среде, и геобиологию в свои исследования. Кроме того, в Калифорнийском технологическом институте, я была в состоянии проводить практические исследования, в одном из которых моим научным руководителем стал профессор Джон Гроцингер, возглавлявший миссию Mars Science Laboratory.

С помощью этих проектов, я впервые смогла работать с экстремофилами из огромного диапазона сред. К их числу относятся глубоководные экстремофилы, пустынные экстремофилы и даже экстремофилы, которые способны «есть» чистящие средства.

Покупая чистящие средства, многие люди надеются, что, они почти на 100 процентов уничтожат все микробы и других микробиологические организмы, присутствующие в вашем окружении. Но ирония заключается в том, что существует множество микроорганизмов, которые на самом деле могут «кормиться» от веществ, содержащихся в этих продуктах. Таким образом, мы вправе надеяться, что заставили весь дом сверкать чистотой, но, в некоторых случаях, мы фактически создали питательную среду для экстремофилов.

Фактически, подобная область моих исследований привела меня в Лабораторию реактивного движения НАСА (JPL), где я работала в качестве приглашенного исследователя. Как только я узнала, что исследователи там изучают экстремофилы с приложениями к астробиологии, я поняла, что должна найти способ сотрудничать с ними. Я установила с ними связь и неоднократно предлагала несколько типов проектов, с которыми мы могли работать дальше. Заметив мой великий энтузиазм, они убедились в том, что меня стоит взять «на борт». Тем не менее, на тот момент у меня не было возможности работать в Лаборатории реактивного движения в качестве международного студента, поэтому необходимо было найти другой способ.

Потребовалось более шести месяцев, чтобы написать проект, найти финансирование и получить необходимые разрешения, но, в конце концов, это сработало! Мой проект был в области планетарной защиты, которая направлена на сведение к минимуму потенциальной возможности (один) упреждающего загрязнения других небесных тел жизнеспособными земными организмами, а также (два) обратного загрязнения Земли внеземными формами жизни.

К сожалению, я обнаружила, что существует множество экстремофил, которые в состоянии пережить весь путь к Марсу, посадку и даже условия на поверхности Марса. Хуже всего то, что эти виды микробов встречаются в так называемых «чистых помещениях», суперчистых помещениях в космической лаборатории, где зонды, планетоходы и космические аппараты готовятся к запуску в космическое пространство.

Это именно те помещения, в которых предпринимаются наибольшие усилия в отношении планетарной защиты, чтобы убедиться, что только самое минимальное количество микроорганизмов и других биологических материалов, если таковые имеются, переносится с Земли. Проблема заключается в том, что многие годы мы пытаемся стерилизовать и даже уничтожать микробы, которые остаются в этих комнатах (с использованием различных методов очистки, таких как до упомянутые моющие средства, а также облучение и т.д.), что приводит к противоположному желаемому эффекту: совершенно случайно ученые дошли до «разведения» ряда очень устойчивых экстремофильных мутантов.

На самом деле, похоже, что жизнь всегда предоставит возможность для выживания, а эти микробы в чистых помещениях способны адаптироваться ко многим из методов, которые использовали ученые, чтобы их убить. Следовательно, экстремофилы представляют для нас большой парадокс: мы, астробиологи, пытаемся найти жизнь на Марсе, но, возможно, мы сами принесли жизнь на Марс через все предыдущие миссии, которые побывали на его поверхности. Даже я самолично косвенно причастна к загрязнению Марса. Во времена работы в JPL, я поставила свою подпись на марсоходе Curiosity, который в настоящее время еще изучает планету.

После тех исследований я попала на крючок. Я разработала свой магистерский проект в UCL, чтобы сосредоточиться на астробиологическом аспекте экстремофилов: в этот раз на экстремальных холодах, радиации и микроорганизмах, резистентных в условиях обезвоживания.

Такие типы экстремофилов потенциально могут существовать на Марсе даже сегодня. Я получила образцы из Антарктических Сухих Долин, которые считаются одним из лучших аналогов Марса на Земле. За счет этого исследования мне удалось получить стипендию и грант на проведение исследований для моей докторской степени в Университете Бристоля в Великобритании, сосредоточив внимание на аспектах выживаемости экстремофилов во льду.

Они могут считаться аналогами для той жизни, которая могла существовать во льду или ниже поверхности ледяного покрова ледяных лун Юпитера, например. Я снова была очень удивлена выносливостью этих необычных существ. Они не только способны жить «счастливо» на поверхности ледников почти без питательных веществ, экстремальных температур и сильных доз радиации: они на самом деле процветают там.

Я приняла участие в нескольких экспедициях в тех уникальных условиях, и я обнаружила, что в Гренландии, например, экстремофилы способны производить достаточное количество питательных веществ, чтобы накормить все окружающие экосистемы. Именно это открытие побудило меня предложить эксперимент для исследовательской станции Mars Desert (MDRS) в штате Юта, США.

В основе концепции лежит «терраформинг», воссоздавая похожие на Землю условия, в смоделированной марсианской пустыни. Более того, я вошла в состав британского экипажа "Marsonauts" в MDRS, а также. Мой эксперимент прошел успешно: экстремофилы потенциально могут быть использованы для удобрения питательными веществами обедненные почвы на Земле и даже, когда-нибудь, на Марсе.

Мои поиски другой экстремальной жизни и поиски ответов на вопросы в области астробиологии не закончились. После получения своей степени доктора философии, я провела некоторое время в Международном космическом университете в качестве консультанта для компаний Newspace, прежде чем вернуться в свою родную страну - Словакию. В итоге, на родине меня избрали председателем Словацкой организации по космической деятельности (SOSA), которая разработала и построила первый словацкий спутник, SkCube.

SOSA в настоящее время рассматривает новые направления исследований области астробиологии: поиск земной или инопланетной жизни в стратосфере, возможно, даже в космосе, используя спутники Cubesat. В конце концов, я надеюсь, что смогу ответить на некоторые из интригующих вопросов, которые привели меня к астробиологии еще в подростковом возрасте и, таким образом, смогу внести свой вклад непосредственно в астробиологические миссии, чтобы понять происхождение, эволюцию и будущее жизни во Вселенной.

Микаэла Мусилова,
старший научный советник
космической службы
управления полетом,

Оттава, Канада

Технический перевод статьи журнала ROOM

Оригинал статьи можно прочитать по этой ссылке
Life in the extremes: confessions of an astrobiologist
 журнал ROOM №3 (9) 2016