Мхи известны своей способностью выживать в чрезвычайно суровых условиях, будь то гималайские вершины, иссушающие пустыни Долины Смерти, антарктическая тундра или остывающие поверхности активных вулканов. Эта поразительная выносливость подтолкнула ученых к испытанию спор мха – репродуктивных структур, содержащих споры – в еще более экстремальной среде: в открытом космосе. Согласно исследованию, опубликованному 20 ноября в журнале iScience, более 80% этих спор выдержали девять месяцев пребывания за пределами Международной космической станции (МКС) и вернулись на Землю, сохранив способность к размножению. Это первое доказательство того, что раннее наземное растение может пережить длительное воздействие космических условий.
«Большинство живых организмов, включая человека, не способны выжить даже короткое время в условиях космического вакуума, – отмечает ведущий автор исследования Томомити Фудзита из Университета Хоккайдо. – Однако споры мха сохранили свою жизнеспособность после девяти месяцев прямого воздействия. Это убедительно свидетельствует о том, что жизнь, эволюционировавшая на Земле, на клеточном уровне обладает внутренними механизмами, позволяющими выдерживать условия космоса».
Фудзита начал изучать возможность существования «космического мха» во время исследования эволюции растений. Его поражала способность мхов колонизировать самые суровые земные ландшафты. «Я стал задаваться вопросом: может ли это маленькое, но удивительно стойкое растение также выжить в космосе?» – вспоминает ученый.
Чтобы найти ответ, команда Фудзиты подвергла вид Physcomitrium patens, также известный как «разрастающийся полевой мох», воздействию симулированной космической среды, включающей интенсивное ультрафиолетовое излучение, экстремально высокие и низкие температуры, а также условия, близкие к вакууму.
Исследователи сравнили три формы мха: протонемы (ювенильный мох), выводковые клетки (стрессовые стволовые клетки) и спорофиты (инкапсулированные споры). Их целью было определить, какая структура обладает наибольшей вероятностью выживания в космосе.
«Мы ожидали, что совокупные стрессовые факторы космоса, включающие вакуум, космическое излучение, экстремальные перепады температур и микрогравитацию, нанесут гораздо больший ущерб, чем любой из этих факторов по отдельности», – говорит Фудзита.
Эксперименты показали, что ультрафиолетовое излучение представляет наибольшую угрозу, и спорофиты явно превзошли другие структуры по выживаемости. Ювенильный мох не пережил сильное ультрафиолетовое излучение или экстремальные температуры. Выводковые клетки показали лучшие результаты, но все же оказались недостаточно устойчивыми. Напротив, инкапсулированные споры продемонстрировали примерно в 1000 раз большую толерантность к ультрафиолету и сохранили способность к прорастанию даже после воздействия температуры –196°C в течение более недели или 55°C в течение целого месяца.
Ученые пришли к выводу, что окружающая каждая спору структура, вероятно, поглощает вредный ультрафиолетовый свет и обеспечивает физическую и химическую защиту. Они предполагают, что эта защитная особенность могла помочь древним бриофитам – группе растений, к которой относятся мхи, – перейти из воды на сушу около 500 миллионов лет назад и пережить многократные массовые вымирания.
Чтобы определить, подтверждается ли эта адаптация в реальных космических условиях, исследователи отправили спорофиты на орбиту.
В марте 2022 года сотни спорофитов отправились на МКС на борту корабля Cygnus NG-17. После прибытия астронавты закрепили образцы на внешней стороне станции, подвергая их воздействию космоса в течение 283 дней. Образцы позже вернулись на Землю на корабле SpaceX CRS-16 в январе 2023 года и были доставлены в лабораторию для анализа.
«Мы ожидали почти нулевой выживаемости, но результат оказался противоположным: большинство спор выжили, – рассказывает Фудзита. – Мы были искренне поражены необычайной прочностью этих крошечных растительных клеток».
Более 80% спор выдержали весь путь, и все, кроме 11% выживших, успешно проросли в лаборатории. Измерения хлорофилла показали нормальный уровень почти для всех пигментов, за исключением 20-процентного снижения хлорофилла a – светочувствительного соединения. Несмотря на это снижение, споры оставались жизнеспособными.
«Это исследование демонстрирует удивительную стойкость жизни, зародившейся на Земле», – подчеркивает Фудзита.
Команда также использовала полученные данные для создания математической модели, оценивающей, как долго споры могут просуществовать в аналогичных условиях. Расчеты показали потенциальный срок выживания до 5600 дней, или около 15 лет, хотя ученые подчеркнули, что для окончательного вывода требуется больше данных.
Исследователи надеются, что эти выводы поддержат будущие исследования о том, как внеземные почвы могут поддерживать растительную жизнь, и стимулируют усилия по использованию мхов в разработке сельскохозяйственных систем для внеземных сред.
«В конечном итоге, мы надеемся, что эта работа откроет новые горизонты для создания экосистем во внеземных условиях, таких как Луна и Марс, – заявляет Фудзита. – Я надеюсь, что наши исследования мха послужат отправной точкой».
