Ренессанс магнитотаксических бактерий в астробиологии
Магнитотаксические бактерии могут образовывать магнитофоссилии, подобные магнитным нанокристаллам, как это наблюдалось на марсианском метеорите ALH84001, занимавшем особое место в области астробиологии прежде всего в начале 90-х годов. Хотя расцвет интереса к магнитотактическим бактериям со временем пошел на убыль, возрождение образования магнитосом привело к возрождению магнитотактических бактерий (сокращенно МТБ) в астробиологии. Астробиологи обнаружили такие MTB, живущие в экстремальных природных условиях с широким диапазоном солености, температуры и pH. Некоторые популяции MTB могут выжить в экстремальных внеземных условиях, смоделированных с использованием простых неорганических соединений, таких как сульфат и нитрат. Эти микроорганизмы являются моделью, представляющей астробиологически древнюю марсианскую жизнь, если когда-либо происходило образование магнитотаксических микроорганизмов.
В новом отчете в журнале ISME Journal Цзяньсюнь Шен и группа ученых в области физики Земли и планет, океанических и экологических наук, а также геологических и планетарных наук из Калифорнийского технологического института (США), Ливерпульского университета (Великобритания) и Китая Академия наук Китая обобщила множество типичных биосигнатур, которые можно применить для обнаружения древних МТБ на Земле, наряду с их внеземными аналогами, подобными МТБ. Такие формы жизни можно транспортировать на космические станции и в симуляционные камеры, чтобы изучить их потенциал толерантности и различные биосигнатуры, чтобы помочь эволюции магнитотактических бактерий и их потенциала в качестве внеземного биомаркера.
В 1984 году группа исследователей обнаружила марсианский метеорит Аллан-Хиллз 84001 в районе Аллан-Хиллз в Антарктиде. Затем в 1996 году они получили его потенциальную реликтовую биогенную активность. Метеорит содержал микроскопические «дискообразные» частицы карбонита, окруженные нанокристаллическими магнетитами с химическими и физическими свойствами, подобными магнитотактическим бактериям (МТБ). Шен и его коллеги исследовали перспективы этой весьма междисциплинарной и важной области функциональных магнитотактических бактерий в астробиологии. Микроорганизмы вооружены жгутиковой подвижностью, позволяющей клеткам мигрировать вдоль линий магнитного поля. Магнитосомы представляют собой мембраносвязанные кристаллы, состоящие из кристаллов магнетита и грейгита. Их происхождение позволяет предположить, что они относятся к числу самых древних прокариот на Земле.
Внутриклеточные железо-минеральные частицы микроорганизмов прекрасно сохранились в геологической летописи и известны как магнитофоссилии. Магнитотактические бактерии обладают множеством фенотипов, позволяющих выжить в широком диапазоне планетарных аналоговых сред. Предполагается, что бактерии, являющиеся первым типом магниточувствительных и биоминерализующих организмов, одновременно эволюционировали на архейской Земле. Из-за сходства Марса и ранней Земли появление MTB-подобной жизни на Марсе является интригующей возможностью, требующей дальнейшего изучения. Магнитотактические бактерии имеют широко распространенные места обитания, где разные штаммы проявляют чувствительность к различным стрессовым факторам, питательным веществам и уровням кислорода. Микроорганизмы могут также переносить экстремальные естественные условия, обеспечивая толерантность к высокой солености, экстремальным pH, экстремальным температурам и выживая на Земле в условиях, подобных марсианским.
Например, несколько часов пребывания в нижней околокосмической среде привели к выживанию штамма Magnetospirillum gryphiswaldense дикого типа, что подчеркнуло способность магнитотактических бактерий выживать в межпланетных путешествиях, переносить земную жизнь на другие астрономические тела или приносить внеземные существа. жизнь от источников до пребиотической Земли. Шен и его команда исследовали возможности воссоздания природных экстремальных условий в лаборатории как искусственно смоделированных условий, чтобы получить ценную информацию о регулировании факторов окружающей среды. Чтобы проверить эти факторы, они проанализировали устойчивость к радиации, гипомагнитное поле, среду с низкой гравитацией и стресс от тяжелых металлов, чтобы показать способность магнитотактических бактерий противостоять / переносить среду, богатую тяжелыми металлами, и другие смоделированные условия.
Ученые использовали морфологические микроструктуры или биосигнатуры микротекстуры, чтобы подтвердить дальнейшие открытия о магнитосомоподобных наноструктурах, которые способствуют магнитотактической жизни, сохраняя при этом магнитофоссилии. В ходе поиска ключевых факторов в MTB-подобных биосигнатурах они изучали морфологические биосигнатуры, магнитные биосигнатуры, изотропные биосигнатуры, биосигнатуры микроэлементов и биогеохимические биосигнатуры, а также биосигнатуры фаговой инфекции, чтобы подчеркнуть возможность сосуществования вирусов с организмами в история жизни на Земле.
Таким образом, Цзяньсюнь Шен и его коллеги изучали магнитотаксических экстремофилов, чтобы понять потенциальные формы жизни на ранней Земле и других астрономических телах с сильными магнитными полями и водной средой. Чтобы понять роль магнитотактических бактерий, команда исследовала их в смоделированных средах с экстремальными условиями, подобными ранним земным и марсианским. Они предлагают транспортировать несколько штаммов MTB в космическую среду на космической станции Тяньгун, Международной космической станции или в камеры моделирования космической среды, чтобы изучить их выживаемость в марсиоподобных или других внеземных условиях. Ученые предлагают ряд дополнительных экспериментов по биогеомагнетизму для интересных и практических исследований с использованием передового научного оборудования.
