منذ 1970s عندما فوييجر يستكشف صورًا لسطح يوروبا الجليدي ، وقد اشتبه العلماء في إمكانية وجود حياة في المحيطات الداخلية للأقمار في النظام الشمسي الخارجي. ومنذ ذلك الحين ، ظهرت أدلة أخرى عززت هذه النظرية ، بدءًا من الأعمدة الجليدية على يوروبا وإنسيلادوس ، والنماذج الداخلية للنشاط الحراري المائي ، وحتى الاكتشاف الرائد للجزيئات العضوية المعقدة في أعمدة إنسيلادوس.
ومع ذلك ، في بعض المواقع في النظام الشمسي الخارجي ، تكون الظروف شديدة البرودة ولا يمكن أن توجد المياه إلا في شكل سائل بسبب وجود مواد كيميائية سامة مضادة للتجمد. ومع ذلك ، وفقًا لدراسة جديدة أجراها فريق دولي من الباحثين ، من الممكن أن تعيش البكتيريا في هذه البيئات المحلاة. هذه أخبار جيدة لأولئك الذين يأملون في العثور على دليل على الحياة في البيئات القاسية من النظام الشمسي.
الدراسة التي تفصل نتائجهم ، بعنوان "قابلية البقاء الميكروبية المحسنة في Subzero Brines" ، ظهرت مؤخرًا في المجلة العلمية علم الأحياء الفلكية. أجرى الدراسة جاكوب هاينز من مركز الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة برلين التقنية (TUB) ، وتضمنت أعضاء من جامعة تافتس ، إمبريال كوليدج لندن ، وجامعة ولاية واشنطن.
بشكل أساسي ، على أجسام مثل Ceres و Callisto و Triton و Pluto - التي تكون إما بعيدة عن الشمس أو لا تحتوي على آليات تسخين داخلية - يعتقد أن المحيطات الداخلية موجودة بسبب وجود بعض المواد الكيميائية والأملاح (مثل الأمونيا). تضمن هذه المركبات "المضادة للتجمد" أن تكون لمحيطاتها نقاط تجمد أقل ، ولكنها تخلق بيئة تكون باردة جدًا وسامة للحياة كما نعرفها.
من أجل دراستهم ، سعى الفريق لتحديد ما إذا كانت الميكروبات يمكن أن تعيش بالفعل في هذه البيئات من خلال إجراء اختبارات مع Planococcus halocryophilus، بكتيريا موجودة في التربة الصقيعية القطبية الشمالية. ثم أخضعوا هذه البكتيريا إلى محاليل كلوريد الصوديوم والمغنيسيوم والكالسيوم وكذلك البركلورات ، وهو مركب كيميائي عثر عليه مركب فينيكس على سطح المريخ.
ثم أخضعوا الحلول لدرجات حرارة تتراوح من + 25 درجة مئوية إلى -30 درجة مئوية من خلال دورات تجميد وذوبان متعددة. ما وجدوه هو أن معدلات بقاء البكتيريا تعتمد على المحلول ودرجات الحرارة المعنية. على سبيل المثال ، كانت للبكتيريا المعلقة في العينات المحتوية على الكلوريد (المالحة) فرص أفضل للبقاء على قيد الحياة مقارنة بتلك الموجودة في العينات المحتوية على البركلورات - على الرغم من أن معدلات البقاء على قيد الحياة زادت كلما انخفضت درجات الحرارة.
على سبيل المثال ، وجد الفريق أن البكتيريا في محلول كلوريد الصوديوم (NaCl) ماتت في غضون أسبوعين عند درجة حرارة الغرفة. ولكن عندما تم تخفيض درجات الحرارة إلى 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت) ، بدأت قابلية البقاء على قيد الحياة في الارتفاع وبقيت جميع البكتيريا تقريبًا مع الوقت الذي وصلت فيه درجات الحرارة إلى -15 درجة مئوية (5 درجات فهرنهايت). وفي الوقت نفسه ، سجلت البكتيريا الموجودة في محاليل المغنيسيوم وكلوريد الكالسيوم معدلات بقاء عالية عند -30 درجة مئوية (-22 درجة فهرنهايت).
كما تفاوتت النتائج بالنسبة للمذيبات الملحية الثلاثة حسب درجة الحرارة. كانت للبكتيريا الموجودة في كلوريد الكالسيوم (CaCl2) معدلات بقاء أقل بكثير من تلك الموجودة في كلوريد الصوديوم (NaCl) وكلوريد المغنيسيوم (MgCl2) بين 4 و 25 درجة مئوية (39 و 77 درجة فهرنهايت) ، لكن درجات الحرارة المنخفضة عززت البقاء على قيد الحياة في الثلاثة. كانت معدلات البقاء في محلول البركلورات أقل بكثير مما كانت عليه في الحلول الأخرى.
ومع ذلك ، كان هذا بشكل عام في المحاليل التي شكل فيها البركلورات 50 ٪ من كتلة المحلول الكلي (الذي كان ضروريًا ليظل الماء سائلاً عند درجات حرارة منخفضة) ، والتي ستكون سامة بشكل كبير. بتركيزات 10٪ ، كانت البكتيريا لا تزال قادرة على النمو. هذه أنباء شبه جيدة بالنسبة إلى المريخ ، حيث تحتوي التربة على أقل من واحد في المائة من وزن البركلورات.
ومع ذلك ، أشار هاينز أيضًا إلى أن تركيزات الملح في التربة تختلف عن تلك الموجودة في المحلول. ومع ذلك ، يمكن أن يكون هذا خبرًا جيدًا فيما يتعلق بالمريخ ، نظرًا لأن درجات الحرارة ومستويات هطول الأمطار مشابهة جدًا لأجزاء من الأرض - صحراء أتاكاما وأجزاء من القارة القطبية الجنوبية. تشير حقيقة أن البكتيريا يمكن أن تعيش مثل هذه البيئات على الأرض إلى أنها يمكن أن تعيش على كوكب المريخ أيضًا.
بشكل عام ، أشار البحث إلى أن درجات الحرارة الباردة تعزز قابلية بقاء الميكروبات ، ولكن هذا يعتمد على نوع الميكروب وتكوين المحلول الكيميائي. كما قال هاينز لمجلة علم الأحياء الفلكية:
"التفاعلات ، بما في ذلك تلك التي تقتل الخلايا ، تكون أبطأ عند درجات حرارة منخفضة ، لكن قابلية البقاء على قيد الحياة البكتيرية لم تزد كثيرًا عند درجات الحرارة المنخفضة في محلول البركلورات ، في حين أن درجات الحرارة المنخفضة في محاليل كلوريد الكالسيوم أسفرت عن زيادة ملحوظة في قابلية البقاء ".
وجد الفريق أيضًا أن البكتيريا كانت أفضل في المحاليل الملحية عندما يتعلق الأمر بدورات التجميد والذوبان. في النهاية ، تشير النتائج إلى أن البقاء على قيد الحياة يعود إلى توازن دقيق. في حين أن تركيزات أقل من الأملاح الكيميائية تعني أن البكتيريا يمكن أن تعيش وحتى تنمو ، فإن درجات الحرارة التي ستبقى فيها المياه في حالة سائلة ستنخفض. كما أشارت إلى أن المحاليل المالحة تعمل على تحسين معدلات بقاء البكتيريا عندما يتعلق الأمر بدورات التجميد والذوبان.
بالطبع ، أكد الفريق أنه لمجرد أن البكتيريا يمكن أن تعيش في ظروف معينة لا يعني أنها سوف تزدهر هناك. كما أوضحت تيريزا فيشر ، طالبة دكتوراه في مدرسة استكشاف الأرض والفضاء بجامعة ولاية أريزونا ومؤلفة مشاركة في الدراسة:
"البقاء مقابل النمو هو تمييز مهم حقًا ، لكن الحياة لا تزال تدهشنا. لا يمكن لبعض البكتيريا أن تعيش في درجات الحرارة المنخفضة فحسب ، بل تتطلب منها التمثيل الغذائي والازدهار. يجب أن نحاول أن نكون غير متحيزين في افتراض ما هو ضروري لكي ينمو الكائن الحي ، وليس فقط على قيد الحياة ".
على هذا النحو ، يعمل هاينز وزملاؤه حاليًا على دراسة أخرى لتحديد كيف تؤثر تركيزات الأملاح المختلفة عبر درجات حرارة مختلفة على الانتشار البكتيري. في هذه الأثناء ، فإن هذه الدراسة وغيرها من الدراسات المماثلة قادرة على تقديم بعض البصيرة الفريدة لإمكانيات الحياة خارج كوكب الأرض من خلال وضع قيود على أنواع الظروف التي يمكنهم العيش فيها والنمو فيها.
تسمح هذه الدراسات أيضًا بالمساعدة عندما يتعلق الأمر بالبحث عن حياة خارج كوكب الأرض ، لأن معرفة مكان وجود الحياة يسمح لنا بتركيز جهودنا في البحث. في السنوات القادمة ، ستبحث البعثات إلى أوروبا ، وإنسيلادوس ، وتيتان وغيرها من المواقع في المجموعة الشمسية عن التواقيع الحيوية التي تشير إلى وجود الحياة في هذه الأجسام أو داخلها. إن معرفة أن الحياة يمكن أن تعيش في البيئات الباردة والمليئة يفتح إمكانيات إضافية.
