Микробный танец: новый подход к поиску жизни за пределами Земли и спасению жизней на Земле

С момента запуска первых исследовательских миссий, человечество не перестает задаваться вопросом: одиноки ли мы во Вселенной? Особое внимание в этих поисках уделяется Марсу, но прошлые попытки, такие как эксперименты аппаратов «Викинг» в 1970-х годах, не дали однозначного ответа на вопрос о наличии там жизни. Теперь, благодаря стремительному развитию технологий, появился многообещающий подход, основанный на наблюдении за движением микробов.
Микробный танец: новый подход к поиску жизни за пределами Земли и спасению жизней на Земле
Изображение носит иллюстративный характер

Ученые, занимающиеся поиском внеземной жизни, или астробиологи, обратили внимание на моторику, способность микроорганизмов перемещаться в жидкой среде, как потенциальный биосигнатур. В 1960-х годах эта идея уже высказывалась, но только сейчас, с появлением мощных микрокомпьютеров и алгоритмов машинного обучения, стало возможным ее практическое применение. Эти технологии позволяют автоматизировать процесс микроскопического наблюдения непосредственно на Марсе или ледяных спутниках других планет.

Инженер Макс Рикелес и его команда разрабатывают метод отслеживания движения микробов в жидкой воде. Алгоритмы машинного обучения способны с точностью более 99% отличить целенаправленное перемещение живых организмов от случайного броуновского движения, вызванного столкновениями частиц. Эксперименты с бактериями E. coli показали, что под воздействием марсианских условий, особенно при высокой концентрации соли, их движение изменяется. В частности, увеличение активности наблюдалось при определенных концентрациях хлората и перхлората натрия – токсичных для клеток веществ. Ученые интерпретируют это как попытку микроорганизмов избежать стрессовых условий.

Для стимулирования движения микроорганизмов исследователи используют различные воздействия, такие как свет, электрические и магнитные поля, а также определенные химические вещества. В качестве «приманки» был использован аминокислота L-серин. Три тестируемых организма – бактерии Bacillus subtilis, Pseudoalteromonas haloplanktis и архея Haloferax volcanii – продемонстрировали явное перемещение в направлении этого вещества.

Для успешной реализации миссии по поиску жизни на Марсе важно найти места с доступной жидкой водой. Решения, которые предлагают ученые, включают доставку воды на поверхность планеты, для взаимодействия с марсианским грунтом и последующего наблюдения. Наиболее перспективными местами являются области с рассолами, способными существовать при низких температурах, а также соляные породы, богатые хлоридом натрия, которые могут поглощать влагу из атмосферы. Особый интерес представляют Южные высокогорья Марса, низменные участки, такие как Valles Marineris, и пещеры.

Однако метод идентификации микроорганизмов по их движению не лишен ограничений. Он менее эффективен при различении различных типов микробов (точность около 82%), хотя некоторые из них идентифицируются легче, чем другие. Например, патогены, как правило, перемещаются очень быстро и активно размножаются при определенных температурах, что облегчает их выявление.

Технология, разрабатываемая для поиска внеземной жизни, имеет огромное значение и для Земли. Ученые создают инструменты, способные отслеживать движение патогенных микроорганизмов в воде, таких как холерные вибрионы, сальмонелла и легионелла. Эти микроорганизмы ежегодно уносят жизни миллионов людей, особенно в развивающихся странах. В будущем, возможно, удастся применять эту методику и для обнаружения патогенов в других жидкостях, например, в крови.

Таким образом, поиск жизни за пределами Земли не только расширяет наше понимание Вселенной, но и предоставляет ценные инструменты для решения глобальных проблем на нашей собственной планете.


Новое на сайте