Фотосинтезирующие бактерии способны выдержать космическую радиацию

Сотрудники МГУ им. М.В. Ломоносова, нескольких российских научно-исследовательских институтов и Берлинского технического университета изучили светособирающие комплексы фотосинтезирующих бактерий, побывавших на околоземной орбите в спутнике «Фотон-М4». Ученые обнаружили, что ионизирующее излучение отрицательно влияет на интенсивность работы этих структур, однако, вновь попав после космоса в обычные условия, фикобилисомы и содержащие их клетки восстанавливают свою активность. Иными словами, существует вероятность, что фотосинтезирующие микроорганизмы могли живыми преодолевать путь от одной планеты к другой. Препринт научной статьи на эту тему доступен на сервере биологических публикаций biorXiv.

Объектом изучения биологов стали цианобактерии (ранее их называли сине-зелеными водорослями) рода Synechocystis. Как и другие представители той же группы микроорганизмов, они способны фотосинтезировать — образовывать органические вещества из углекислого газа с участием воды. Для фотосинтеза они используют фикобилисомы — комплексы из нескольких сотен молекул белков, связанных с пигментами фикобилинами. Эти структуры улавливают солнечный свет и отправляют его энергию в реакцию разложения воды на кислород, электроны и ионы водорода.

Цианобактерии, как многие другие бактерии, легче переносят неблагоприятные условия, чем более сложно устроенные организмы. Исследователей интересовало, смогут ли фикобилисомы выполнять свою функцию после воздействия ионизирующего излучения. Они сформировали три группы культур Synechocystis и выделенных из них фикобилисом. Одну на 45 дней отправили на околоземную орбиту высотой приблизительно 575 км на спутнике «Фотон-М4», внутри которого во время полета было от 14 до 22 градусов Цельсия. Другую на тот же срок оставили в лаборатории при температуре 21 градус Цельсия в полной темноте. Культуры третьей группы развивались при ярком белом освещении и аналогичной температуре. Их облучили альфа-частицами на циклотроне, разработанном в Институте ядерной физики им. Д.В. Скобелицына МГУ. При этом они получили дозу 120 килогрей.

Во всех случаях ученые сравнивали, как меняется интенсивность поглощения света различных длин волн у клеток цианобактерий и выделенных из них фикобилисом после воздействия космического излучения или альфа-частиц на Земле. Выяснилось, что интенсивность поглощения световых волн красной и близкой к инфракрасной части спектра как у находящихся в цианобактериях фикобилисом, так и у изолированных их комплексов существенно падала (по сравнению с контрольной группой) в результате пребывания в космосе. Аналогичный эффект наблюдался и после облучения в лаборатории. Однако спустя непродолжительное время, «отлежавшись» в нормальных земных условиях, «космические» и «циклотронные» Synechocystis начинали размножаться, при этом их дочерние клетки уже содержали фикобилисомы, нормально поглощавшие солнечный свет.

На основе полученных результатов авторы выдвинули предположение, что цианобактерии и подобные им древние микроорганизмы теоретически могли перемещаться между планетами. Несомненно, ионизирующее излучение космоса подавляло их жизнедеятельность, но этот процесс был обратим. Попадая в благоприятные условия на новых планетах, похожие на Synechocystis бактерии возобновляли фотосинтез и деление. Образуя в ходе фотосинтеза кислород, они были способны создавать атмосферы, пригодные и для жизни других организмов.

Таким образом, исследование российских ученых подкрепляет научную базу теории панспермии. Согласно ей, жизнь на Землю и другие планеты могла быть занесена с каких-то других небесных тел на кометах или метеоритах.