از زمین تا مریخ: چگونه میگوی آب‌شور در شرایط سخت زنده می‌ماند؟

مطالعه موجوداتی که قادر به زیستن در محیط‌های بسیار سخت هستند (اکستریموفیل‌ها) نه‌تنها برای درک محدودیت‌های حیات اهمیت دارد، بلکه برای پیش‌بینی امکان زندگی و کار انسان‌ها در فضا برای مدت طولانی نیز ضروری است. علاوه بر این، این مطالعات به تحقیقات اخترزیست‌شناسی کمک می‌کنند و به دانشمندان امکان می‌دهند که پیش‌بینی کنند حیات در کجا و به چه شکلی ممکن است در جهان وجود داشته باشد.

در یک پژوهش جدید، گروهی از محققان ایتالیایی از گونه‌ای میگوی آب‌شور (Artemia franciscana) در نخستین مرحله رشد (ناوپلی) استفاده کرده و آن‌ها را در شرایط فشاری مشابه مریخ قرار دادند. نتایج نشان داد که با وجود تغییرات فیزیولوژیکی در ناوپلی‌ها، روند رشد آن‌ها تا حد زیادی بدون تغییر باقی ماند. این یافته نه‌تنها نشان‌دهنده سازگاری بالای اکستریموفیل‌ها با شرایط سخت مریخ است، بلکه احتمال وجود اشکال مشابه حیات در دیگر نقاط جهان را مطرح کرده و مسیرهای جدیدی برای تحقیقات اخترزیست‌شناسی باز می‌کند.

این پژوهش به سرپرستی ماریا ترزا موسکاری تومایولی، دانشجوی دکتری اخترزیست‌شناسی در دانشگاه پارتنوپ ناپل، انجام شد. سایر محققان شامل پائولا دی دوناتو، استاد شیمی آلی و زیستی در همان دانشگاه، و پژوهشگرانی از دانشگاه فدریکو دوم، مؤسسه ملی اخترفیزیک (INAF)، رصدخانه نجومی کاپودیمونته، و مؤسسه ملی فیزیک هسته‌ای ایتالیا (INFN) بودند. نتایج این پژوهش در مجله Comparative Biochemistry and Physiology A: Molecular & Integrative Physiology منتشر شد.

بر روی زمین، اکستریموفیل‌ها در هر سه حوزه حیات (آرکیا، باکتری‌ها و یوکاریوت‌ها) یافت می‌شوند. این موجودات به دلیل توانایی زنده ماندن در فشار بالا، محیط‌های اسیدی، دماهای شدید و سایر شرایطی که برای دیگر موجودات مرگبار هستند، شناخته می‌شوند. پس از زمین، مریخ به عنوان قابل‌سکونت‌ترین سیاره در منظومه شمسی شناخته می‌شود، به همین دلیل تحقیقات اخترزیست‌شناسی عمدتاً بر روی آن متمرکز شده است. این سیاره دارای فشار جوی بسیار پایین (یک‌صدم فشار زمین در سطح دریا)، تغییرات دمایی شدید، و آلودگی سطحی به پرکلرات‌ها و فلزات سمی است.

دانشمندان بر این باورند که اگر امروزه حیات در مریخ وجود داشته باشد، احتمالاً به صورت میکروب‌هایی در آب‌های بسیار شور زیر سطح آن خواهد بود. به گفته تومایولی، این ویژگی‌ها، اکستریموفیل‌هایی مانند Artemia franciscana را به نمونه‌های ایده‌آلی برای پیش‌بینی امکان حیات در محیط‌های مشابه سیاره‌ای تبدیل می‌کند:

“تعریف حیات بسیار مهم است، به‌ویژه هنگام جستجوی نشانه‌های آن در دیگر اجرام سیاره‌ای (مانند مریخ)، جایی که ممکن است حیات به شکل سنتی که ما تصور می‌کنیم، وجود نداشته باشد. سیست‌های (تخم‌های مقاوم) آرتمیا مورد جالبی هستند: در حالت غیرفعال، آن‌ها را نمی‌توان به‌عنوان موجود زنده طبقه‌بندی کرد، بلکه به‌عنوان حیات بالقوه در نظر گرفته می‌شوند. مطالعه چنین موجوداتی به گسترش دیدگاه‌های اخترزیست‌شناسی کمک می‌کند.”

اکستریموفیل‌ها همچنین فرصتی برای مطالعه سازگاری گونه‌ها فراهم می‌کنند، که به دلیل تغییرات اقلیمی ناشی از فعالیت‌های انسانی به یک حوزه مهم تحقیقاتی تبدیل شده است. افزایش میزان دی‌اکسیدکربن و دما در سراسر جهان باعث تغییرات الگوهای آب‌وهوایی، افزایش اسیدیته اقیانوس‌ها، خشکسالی، آتش‌سوزی‌های جنگلی و از بین رفتن زیستگاه‌ها شده است. در نتیجه، بسیاری از گونه‌های دریایی و زمینی مجبور به سازگاری با شرایطی هستند که روزبه‌روز سخت‌تر می‌شود.

تومایولی اضافه کرد:

“در زمینه تغییرات اقلیمی، شرایط زندگی در حال حرکت به‌سوی مرزهای شدیدتر است که بقای بسیاری از موجودات را دشوار می‌کند. اکستریموفیل‌ها که در دورافتاده‌ترین محیط‌های زمین زندگی می‌کنند، مدل‌های ارزشمندی برای درک سازگاری‌های متابولیکی هستند. سادگی ظاهری آن‌ها در واقع یک مزیت است، زیرا به آن‌ها اجازه می‌دهد بهتر از موجودات پیچیده‌تر با محدودیت‌های شدید محیطی سازگار شوند.”

در این مطالعه، پژوهشگران Artemia franciscana را به دلیل توانایی آن در زیستن در محیط‌های بسیار شور انتخاب کردند. تخم‌های این گونه که به سیست معروف‌اند، در حالت غیرفعال باقی مانده و می‌توانند برای مدت نامحدود ذخیره شوند، که این ویژگی آن‌ها را به نمونه‌ای ایده‌آل برای تحقیقات علمی و آبزی‌پروری تبدیل می‌کند. علاوه بر این، Artemia franciscana پیش‌تر در مأموریت‌های فضایی، از جمله آزمایش Biostack در مأموریت‌های آپولو ۱۶ و ۱۷ و همچنین در سکوی EXPOSE آژانس فضایی اروپا (ESA) در ایستگاه فضایی بین‌المللی، مورد مطالعه قرار گرفته است.

در این پژوهش، محققان سیست‌های غیرفعال آرتمیا را در شرایط فشاری مشابه مریخ قرار دادند. پس از تفریخ و تبدیل آن‌ها به ناوپلی، تیم تحقیقاتی متابولیسم هوازی و غیرهوازی، عملکرد میتوکندری و استرس اکسیداتیو آن‌ها را تجزیه‌وتحلیل کرد. یافته‌ها نشان داد که میگوهای آب‌شور متولدشده در شرایط فشاری مریخ توانستند به‌خوبی سازگار شوند. آن‌ها پیشنهاد کردند که پژوهش‌های بعدی می‌تواند شامل بررسی سازگاری‌های متابولیکی سیست‌ها در طولانی‌مدت، ترکیب شرایط مختلف مریخی، یا مطالعه تطبیق‌پذیری ناوپلی‌ها در مراحل بعدی رشد باشد.

نتایج این مطالعه نشان داد:

“Artemia franciscana پتانسیل هیجان‌انگیزی برای سازگاری فیزیولوژیکی دارد که به موجودات امکان می‌دهد با چالش‌های محیطی فضا سازگار شوند… سلول‌های ناوپلی مکانیسم‌هایی را فعال می‌کنند تا از اختلال در عملکرد میتوکندری جلوگیری کرده و روند رشد خود را ادامه دهند. این مکانیسم‌های تطبیقی، مقاومت آرتمیا را در برابر شرایط سخت محیطی نشان می‌دهند. یافته‌های این تحقیق به استفاده بالقوه Artemia franciscana در تحقیقات اخترزیست‌شناسی اشاره دارد و تغییرات متابولیکی و اکسایشی آن را به‌عنوان پاسخی به شرایط سخت شبیه‌سازی‌شده فضایی نشان می‌دهد.”

این پژوهش پیامدهای گسترده‌ای در حوزه اخترزیست‌شناسی، اکتشافات فضایی و مقابله با تغییرات اقلیمی دارد. نتایج این مطالعه می‌تواند به یافتن نشانه‌های حیات در مریخ، اقیانوس‌های داخلی اجرام یخی، و دیگر محیط‌های سخت کمک کند. همچنین می‌تواند در مأموریت‌های فضایی آینده برای ایجاد سیستم‌های زیستی خودپایدار، تولید غذا در فضا و مطالعه اثرات گرانش پایین و پرتوهای کیهانی بر زندگی انسان‌ها مفید باشد.

این پژوهش همچنین در راستای اهداف گزارش ششم هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم (IPCC AR6) قرار دارد و می‌تواند درک جدیدی از سازوکارهای زیستی در شرایط فضایی ارائه کند. نتایج نشان می‌دهد که Artemia franciscana می‌تواند نه‌تنها در مأموریت‌های فضایی به‌عنوان منبع غذایی برای فضانوردان استفاده شود، بلکه به درک بهتر مرزهای حیات و جستجوی نشانه‌های زیستی در سایر اجرام کمک کند.