Выживаемость лишайника Xanthoria parietina в моделируемых марсианских условиях окружающей среды

Jun 14, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4893 (2023) Цитировать эту статью

1246 Доступов

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Xanthoria parietina (L.) Th. о. широко распространенный листоватый лишайник, обладающий высокой устойчивостью к УФ-излучению благодаря париетину, вторичному веществу лишайника. Мы подвергли образцы X. parietina воздействию марсианских условий в течение 30 дней, чтобы изучить их выживаемость. Жизнеспособность лишайника контролировали с помощью флуоресценции хлорофилла, которая указывает на активную световую реакцию фотосинтеза, проводя анализы in situ и после обработки. Рамановская спектроскопия и ПЭМ использовались для оценки сохранности каротиноидов и возможных изменений в ультраструктуре фотобионта соответственно. Наблюдались значительные различия в фотоэффективности между образцами, облученными УФ-излучением, и образцами, выдержанными в темноте. Значения флуоресценции коррелировали с циклами дня и ночи температуры и влажности. Восстановление фотоэффективности показало, что УФ-облучение оказывает значительное влияние на фотосинтетическую световую реакцию. Рамановская спектроскопия показала, что сигнал каротиноидов в образцах, подвергшихся УФ-облучению, значительно уменьшился после воздействия. Наблюдения с помощью ПЭМ подтвердили, что образцы, подвергшиеся воздействию УФ-излучения, больше всего пострадали от обработки, демонстрируя дезорганизацию хлоропластид в клетках фотобионтов. В целом, X. parietina смогла выжить в смоделированных условиях Марса, и по этой причине ее можно рассматривать как кандидата для длительного космического воздействия и оценки фоторазлагаемости париетина.

Двумя горячими астробиологическими темами, предложенными Европейской дорожной картой астробиологии (проект AstRoMap), являются изучение пределов жизни в смоделированных/реальных экстремальных условиях и изучение конкретных биомолекул, которые могут представлять собой биомаркеры нынешних/прошлых форм жизни за пределами Земли. биосфера1. Исследование пределов жизни в стрессовых условиях позволяет изучить физиологические и биохимические эффекты экстремальных условий на биологические образцы2. За последние тридцать лет биологи осознали, что очень экстремальные и негостеприимные места обитания могут поддерживать жизнь3. Изучение экстремофилов, способных выживать в критических условиях, и видов-первопроходцев, первыми колонизирующих окружающую среду, имело решающее значение в развитии астробиологии4,5. Среди них доказано, что лишайники процветают и выживают в самых экстремальных средах обитания на Земле3,6,7,8,9,10. Таким образом, экофизиология этих организмов может дать представление об их потенциальной адаптивной пластичности с точки зрения изменения климата, прошлых (и будущих) земных геологических сценариев11 и внеземных сред обитания, таких как поверхность Марса и экзопланеты.

Несколько исследований доказали устойчивость лишайников к воздействию космоса и условий Марса. Высокая устойчивость лишайников к экстремальным условиям обусловлена ​​их основными эколого-физиологическими особенностями (пойкилогидрия и ангидробиоз) и обменными процессами (продукция вторичных лишайниковых веществ). Эксперимент БИОПАН показал, что Rusavskia elegans (Link) SY Kondr. и Карнефельт (2003), Rhizocarpon geographicum (L.) DC. шир. и Circinaria fruticulosa (Eversm.) Sohrabi (2012) выживали в космосе в течение 10–14 дней, будучи метаболически активными и способными расти после воздействия8,12,13,14,15,16,17. Целью эксперимента LIFE было выдерживание в космосе различных биологических образцов в течение 1,5 лет. Rusavskia elegans продемонстрировала более высокое восстановление показателей эффективности фотосинтеза после полета по сравнению с другими протестированными видами18.

С другой стороны, наземные эксперименты позволяют моделировать экстремальные условия и контролировать параметры жизнеспособности организмов на месте или сразу после обработки3,6. Pleopsidium chromophanum (Wahlenb.) Zopf был протестирован в условиях марсианской ниши в Центре моделирования Марса Немецкого аэрокосмического центра (DLR Berlin, Германия)20. Результаты подтвердили способность лишайника физиологически адаптироваться и увеличивать фотосинтез в течение 34 дней пребывания в условиях марсианской ниши. Вместо этого C. fruticulosa подвергалась физиологической активности как в нише Марса, так и в условиях, подобных поверхности, в течение 30 дней в Центре моделирования Марса19, и только образцы из ниш показали жизнеспособность. Чтобы исследовать опасное воздействие ионизирующего излучения на лишайники, высушенные слоевища R. elegans были облучены в Национальном институте радиологических наук (NIRS) в Тибе, Япония21. Результаты выявили значительное снижение фотоэффективности, но не коррелирующее с применяемыми увеличивающимися дозами, что свидетельствует о высокой выживаемости ангидробиотических слоевищ.