ИСТИНА

Проведено лабораторное моделирование комплексного воздействия космических факторов (вакуум, низкие температуры, высокие дозы облучения ионизирующей радиацией) на устойчивость потенциальных биомаркеров в поверхностных слоях Марса и ледяных тел (Европа, Энцелад, кометы и т.д.). Основное внимание уделено воздействию экстремально больших доз облучения протонами и электронами высоких энергий в широком диапазоне от 0,01Мрад до 5 Мрад. Впервые оценено время жизнеспособности микробных систем, клеток, биогенных молекул в естественной минеральной среде при моделировании основных параметров физических условий поверхностных слоев Марса и ледяных тел, выявлен основной фактор лимитирующий поддержание биологических форм земного типа в инопланетной среде. На основании анализа устойчивости к совокупному воздействию физических факторов обоснован выбор перспективных целевых биомаркеров для астробиологического поиска в будущих автоматических космических миссиях к этим объектам Солнечной системы. Рассчитаны дозы радиации в грунте Марса с учетом глубины.

The laboratory experiments simulating integrated influence of space factors (vacuum, low temperatures, high ionizing radiation dosage) over the stability of biomarkers within surface layers of icy space bodies (Europa, Enceladus, comets, etc.) and Mars were carried out. Major attention was paid to the influence of extreme radiation doses (protones and electrones from 0.1 Mrad to 5 00 Mrad) on the degradation of biomarkers. We have investigate overall process of biomarkers' degradation, starting from irradiation of microorganisms, and the main factor which could limit microbial life and integrity of biological molecules in an alien environment was determined. Based on the analysis of resistance to the combined effects of physical factors, the choice of promising target biomarkers for astrobiological search in future automatic space missions to these objects of the solar system is substantiated. The radiation doses in the Martian soil are calculated taking into account the depth.

Будут получены данные сравнительной устойчивости биомаркеров: ферментов, липидов, микроорганизмов, а также естественных микробных экосистем земного типа к воздействию различных компонентов космического излучения (электроны, протоны) дозами 10 крад – 5 Мрад в условиях комплексного воздействия космических факторов (низкая температура, вакуум).В работе будет изучено изменение физиологического состояния и биохимической активности микробных сообществ и устойчивых доминирующих бактериальных популяций при воздействии возрастающей нагрузки экстремальных космических факторов, определены наиболее устойчивые микроорганизмы. Предполагается, что будет выяснен предел устойчивости клеток и биологических молекул в различных средах в моделируемых космических условиях. Будут проведены расчеты доз радиации аккумулируемых за длительный период времени в поверхностном слое марсианского грунта при облучении галактическими и солнечными космическими лучами для различных моделей эволюции атмосферы Марса. Моделирование будет включать возможный вклад сверхмощных солнечных и Галактических событий и столкновений Солнечной системы с плотными мжзвездными облаками. Для Европы и Ганимеда будут проведены расчеты с учетом интенсивных потоков высокоэнергичных частиц в магнитосфере Юпитера. Это позволит оценить длительность существования биомаркеров в верхних слоях грунта Марса и ледяных спутников планет гигантов, в первую очередь, Европе, а также рассчитать потенциальную длительность сохранения клеток и/или биомаркеров в космической среде в составе малых тел, в частности, марсианских метеоритов. Будут идентифицированы наиболее устойчивые микроорганизмы, как в естественном грунте, так и культуры штаммов-изолятов, исследованы их физиолого-биохимические свойства и их зависимость от воздействия радиации.

Создана специальная вакуумная камера для облучения модельных образцов на ускорителе протонов с энергией протонов до 18 МэВ. Облучение может проводиться при температуре образцов 100-120К и атмосферном давлении до 0.01мбар. С целью исследования воздействия КЛ на живое вещество в работе впервые применено облучение ускоренными протонами в высоких дозах (50-500 кГр) в сочетании с низкой температурой (-145)-(-185) оС и низким давлением (менее 0,01 торр) естественных образцов грунта из природных экстремальных экотопов с последующим анализом жизнеспособности и активности биосистем. Примененные дозы, в отличие от облучения ускоренными электронами, не оказали существенного воздействия на бактериальный комплекс in situ, до 95% культивируемых бактерий сохраняли способность к репродукции ex situ. Возможным объяснением полученных данных является отсутствие диффузии радикалов и торможение развития радиационных процессов в диапазоне варьирования температуры при облучении. Зависимость эффектов воздействия протонами от температуры требует дальнейших исследований. Впервые получены данные по воздействию высоких доз облучения ускоренными электронами (50 кГр – 5 МГр) при низкой температуре и низком давлении на структуру бактериальных сообществ in situ (метод высокопроизводительного секвенирования. гДНК) в древней мерзлой осадочной породе и аридной почве. В соответствии с методом исследования, биоразнообразие в облученных образцах не уступало нативному, изменялось лишь процентное соотношение доминирующих в сообществе групп бактерий. Структура культивируемых ex situ бактериальных комплексов после облучения (50 кГр, 1 МГр) отражала активную динамику доминирующих популяций. После облучения образцов дозой 100 кГр в культуру выделены представители родов: Spirosoma, Rufibacter, Microvirga, Arthrobacter, Pontibacter, Brevundimonas, Microbacterium, Stenotrophomonas, Доказана защитная роль минеральной среды обитания для населяющих бактерий по отношению к ионизирующему излучению в моделируемых условиях: неустойчивые к сверхвысоким дозам в культуре бактерии выдерживали значительно более высокие нагрузки in situ. Впервые получены данные о жизнеспособности эукариот (грибов-микромицетов) в природном грунте, облученном ускоренными электронами дозами до 1-2 МГр при температуре -130оС и давлении менее 0,01 торр. Микроскопические методы выявляют присутствие спор и мицелия в грунте после облучения дозами до 5 МГр (более не исследовали). Впервые установлено, что облучение ускоренными электронами приводит к более значительным повреждениям микробных сообществ в грунте (породе), а также чистых культур бактерий, чем гамма-облучение и облучение ускоренными протонами (по предварительным данным) теми же дозами в условиях низкой температуры и низкого давления. В работе показано, что численность репродуцирующих после облучения на питательных средах клеток прямо зависит от интенсивности излучения ускоренных электронов. Отмечена тенденция к сокращению диапазонов роста бактерий (температура, рН) и расширению диапазона устойчивости культур к присутствию окислителей в среде по мере возрастания стрессовой нагрузки (нативный образец грунта, воздействие ТР, облучение высокими дозами в нормальных условиях, облучение в условиях низких значений ТР). Впервые исследована жизнеспособность бактерий в составе гипотетического льда Европы, содержащего сульфат магния, сульфат натрия и серную кислоту общей концентрацией 35 г/л в соотношении 50:40:10 молярных процентов соответственно при воздействии высоких доз ускоренных электронов, низкой температуре и низком давлении. Определен предел способности к росту и размножению ex situ культур радиорезистентных бактерий при облучении их в образцах льда, моделирующих поверхность Европы, электронами c энергией ~1МэВ. Снижение числа репродуцирующих клеток происходило в прямой зависимости от полученной дозы. В образцах, облученных дозой 100 кГр, культивируемых клеток не обнаружено. Наибольшую устойчивость к воздействию ВЭЭ при низкой температуре и низком давлении проявили Deinococcus radiodurans VKM B-1422T и Arthrobacter polychromogenes. Проведены расчеты накопления доз в поверхностном слое льда Европы в диапазоне глубин 0-2м с учетом потоков высокоэнергичных электронов, протонов и тяжелых ионов (см. Приложение). По результатам экспериментов и расчетов сделан вывод о возможности обнаружения способных к культивированию радиорезистентных бактерий на глубине 10 см , если время облучения после "выброса" составляет ~100 лет. Для глубин 1-2 м время "выживаемости" бактерий увеличивается до 10000 лет. Обнаружен эффект значительной аккумуляции продуктов радиолиза, а также их рекомбинации и существенного выделения запасенной энергии при плавном повышении температуры, который может иметь важное значение для спонтанного быстрого выделения энергии в поверхностных слоях ледяных тел с возможным воздействием на "выживаемость" клеток и сохранение других биомаркеров.