Potrafią przetrwać stężenia nadchloranów wyższe niż na Marsie. Sinice o takich właściwościach odkryli Polacy

Sinice (Cyanobacteria) to bakterie zdolne do procesu fotosyntezy, występują w ekstremalnych ekosystemach, na przykład źródłach termicznych, popiołach wulkanicznych czy na pustyniach. Zawdzięczają to między innymi dużej oporności na wahania stopnia kwasowości (pH), skrajne temperatury, promieniowanie UV, zasolenie czy suszę. Z tego powodu sinice od dawna pozostają w kręgu organizmów potencjalnie przydatnych do badań astrobiologicznych.

Sinice potrafiły przetrwać przez wiele miesięcy w warunkach próżni kosmicznej, na niskiej orbicie ziemskiej. Według badaczy byłyby też przydatne w planach załogowych misji na Marsa i zakładaniu pierwszych stałych baz na tej planecie.

"Sinice są relatywnie łatwe w hodowli. Produkują niezbędny dla większości organizmów, również ludzi, tlen na drodze fotosyntezy, a wybrane gatunki są do tego zdolne także przy bardzo słabym naświetleniu. Poza tym, niektóre sinice potrafią przyswajać azot atmosferyczny. Zwiększają w ten sposób żyzność środowiska, w którym żyją, z korzyścią dla innych organizmów. Poza tym sinice można wykorzystywać jako nawóz. Niektóre są też jadalne, mogą więc służyć jako źródło pożywienia. Dużo uwagi poświęca się również pozyskiwaniu biopaliw z hodowli sinic" - napisał w komunikacie doktor habilitowany Piotr Rzymski z Zakładu Medycyny Środowiskowej Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu.

Przeszkodą w wykorzystaniu różnych organizmów na Marsie, nawet tych zdolnych tolerować wiele z jego mało przyjaznych warunków, są nadchlorany.

"To wysoce reaktywne, świetnie rozpuszczające się w wodzie, sole i estry kwasu nadchlorowego. Pomiary wykonane przez łazik Curiosity wykazały, że ich przeciętnie stężenie w regolicie marsjańskim wynosi około 0,6 procenta. Dla porównania, na Ziemi najwyższe notowane stężenia w glebie nie przekraczają 0,00025 procenta. Wiele bakterii narażonych na wysokie stężenia nadchloranów ginie w ciągu kilku sekund. Chcąc myśleć o jakimkolwiek zastosowaniu sinic na Marsie trzeba było więc sprawdzić, czy są one w ogóle w stanie znieść obecność tych związków chemicznych" - wyjaśniał, cytowany w komunikacie, doktor habilitowany Łukasz Kaczmarek z Zakładu Taksonomii i Ekologii Zwierząt UAM.

W tym celu poznańscy naukowcy przeprowadzili wiele eksperymentów na sinicach, które hodowano w różnych stężeniach nadchloranów. - Wykorzystaliśmy 17 szczepów sinic, wyizolowanych z kilku typów środowisk to jest wód słodkich, jaskiń, pustyń, kamieni, solanek, błota termalnego - tłumaczył dr Kaczmarek.

Jak poinformowali badacze, choć obecność nadchloranów w środowisku powodowała przynajmniej częściowe ograniczenie wzrostu każdego z badanych szczepów sinic, to pięć z nich zachowało zdolność namnażania się, pomimo stężeń nadchloranów sięgających jednego procenta. Kolejne dwa zachowywały zdolność wzrostu w stężeniu do 0,5 procenta.

- W najlepszym wypadku spodziewaliśmy się przeżycia w najniższym badanym stężeniu, czyli 0,25 procenta. To było niesamowite zobaczyć zazielenione butelki z sinicami po dwóch tygodniach eksperymentu. Sinice badam od 10 lat i, jakkolwiek dziwnie to zabrzmi, byłem z nich dumny, że tak dobrze sobie poradziły - mówił dr Rzymski.

Naukowcy stwierdzili przy tym, że obecność nadchloranów w środowisku prowadzi do stresu oksydacyjnego u sinic. W efekcie dochodzi do niekorzystnego zjawiska peroksydacji lipidów, procesu uszkadzającego integralność błon komórkowych. Jak wskazano w komunikacie, sinice o wysokim stopniu tolerancji wobec nadchloranów cechowały się mniejszym stopniem utlenienia lipidów. Świadczy to o sprawnie działających mechanizmach ochronnych przed wolnymi rodnikami.

- Oporne na nadchlorany szczepy sinic na Ziemi związane są z solankami, powierzchniami kamieni i innymi siedliskami narażonymi na promieniowanie słoneczne i suszę. Takie warunki sprzyjają zjawisku stresu oksydacyjnego. Nic więc dziwnego, że potrafiły sobie z nim radzić. Stwierdziliśmy też, że w ich komórkach zmieniał się stosunek barwników, na korzyść karotenoidów. A już wcześniej udowodniono, że wysoki poziom tych pigmentów zabezpiecza sinice przed działaniem czynników powodujących stres oksydacyjny - podkreślił dr Rzymski.

Wyniki przeprowadzonych badań opublikowano na łamach czasopisma "Astrobiology". Naukowcy będą dalej je kontynuować. Chcą teraz sprawdzić, czy niektóre z sinic posiadają enzymy unieszkodliwiające nadchlorany. Będą również testować oporność na ich działanie różnych innych organizmów ekstremofilnych.

- Sinice to producenci. W planach mamy zbadanie też konsumentów, czyli drobnych bezkręgowców mogących żerować bezpośrednio na sinicach lub na innych organizmach żywiących się pierwotnie sinicami właśnie. Dzięki temu będziemy w stanie potencjalnie stworzyć funkcjonujący mikro-ekosystem zdolny przetrwać na Czerwonej Planecie. Do tego jednak potrzebne są dalsze badania, nie tylko nad nowymi grupami organizmów, ale także uwzględniające inne niekorzystne czynniki siedliskowe występujące na Marsie - podsumował dr Kaczmarek.