Как создать микроорганизмы для жизни на Марсе

Синтетическая биология — одна из самых многообещающих областей науки. Её достижения варьируются от генетически модифицированного «золотого риса», обогащённого витамином А, до результатов проекта «Геном человека», в ходе которого была полностью секвенирована человеческая ДНК. Эксперты называют эту область следующей волной инноваций.

Синтетическая биология — это использование генной инженерии и других достижений биотехнологий для создания новых организмов или изменения существующих с целью получения нужных свойств. Как говорит британский биолог Джейми А. Дэвис, это «создание новых живых систем по проекту».

Менее очевидно, что эта область может быть полезна для освоения космоса. В будущем мы, возможно, сможем использовать микроорганизмы для детоксикации Марса, что поможет человечеству однажды заселить Красную планету.

Синтетическая биология уже трансформировала многие направления биотехнологий. Благодаря таким технологиям, как получившие Нобелевскую премию геномные «ножницы» CRISPR-Cas9, редактирование генов стало дешёвым, быстрым и точным, как и секвенирование генома.

Это означает, что геномику теперь можно применять в полевых условиях и даже в космосе благодаря новым технологиям, таким как MinION от Oxford Nanopore Technologies. Это устройство позволило астронавту NASA Кейт Рубинс секвенировать геномы микроорганизмов на Международной космической станции с помощью портативного прибора.

Структурную биологию также революционизировали прорывы в криоэлектронной микроскопии (позволяющей рассматривать крупные молекулы в растворе) и, совсем недавно, получившая Нобелевскую премию программа предсказания структуры белков AlphaFold от DeepMind (Google).

Теперь мы можем быстро и с высокой точностью определять структуру и последовательность организмов при низкой стоимости. В конечном счёте, это также открывает возможность точно изменять последовательности и структуры.

По мнению Марсианского общества, NASA и Королевского общества, это имеет важные последствия для освоения космоса. В частности, достижения в области синтетической биологии открывают новые пути для исследования и колонизации Марса.

Итак, как можно создать микроорганизмы, чтобы сделать Марс пригодным для жизни? Вот несколько возможностей.

Поглощение радиации

Микроорганизмы могут помочь нам справиться с опасной радиацией на Марсе. Известно, что бактерии и другие одноклеточные организмы, археи, живут в самых экстремальных местах на Земле. Например, Thermus Aquaticus процветает при чрезвычайно высоких температурах, а психрофилы — в экстремальном холоде.

Геном тихоходок, например, является богатым источником информации о том, как эти микроорганизмы могут выживать в вакууме космоса. Экстремофилы, способные перерабатывать радиацию и токсины, уже используются для очистки всего — от разливов нефти до последствий радиоактивных аварий.

Это означает, что мы можем создать микроорганизмы, устойчивые к низким температурам и высоким уровням радиации. Такие синтетические микроорганизмы можно будет использовать на Марсе различными способами: для защиты нас и наших жилищ от этих экстремальных условий или для выведения устойчивых сельскохозяйственных культур.

Например, хорошо известно, что марсианская почва содержит много перхлоратов, токсичных для человека. У NASA есть несколько идей, как с этим справиться, в том числе с помощью синтетической биологии.

Фиксация атмосферных газов

Давным-давно на древней Земле процветали цианобактерии. Они заполнили экологическую нишу, которая преобразовала атмосферу Земли, обогатив её кислородом. Во многом наше существование обязано этому плодородному расцвету.

Смогут ли они сделать то же самое для нас на Марсе? Атмосфера Красной планеты чрезвычайно разрежена и в основном состоит из углекислого газа. Цианобактериям потребуется много помощи, которую мы могли бы обеспечить с помощью синтетической биологии. Теоретически микроорганизмы можно создать так, чтобы они выживали в марсианской среде и, в свою очередь, выделяли кислород и азот.

Нагрев поверхности

Видения терраформирования Красной планеты (её изменения для пригодности жизни людей) часто включают размещение космических зеркал на орбите для нагрева Марса и таяния его льда. Это вызвало бы неконтролируемый парниковый эффект, который превратил бы планету в состояние, более похожее на земное.

Но синтетическая биология могла бы (теоретически) пропустить этот этап, который, по самым оптимистичным оценкам, должен занять не менее 200 лет. Около пяти лет назад учёные предложили планетарную инженерию с использованием синтетической биологии для создания микроорганизмов с целью экологической трансформации.

Учитывая, что микроорганизмы помогли сделать Землю обитаемой, мы могли бы использовать синтетическую биологию для создания микроорганизмов, чтобы ускорить аналогичный процесс для Марса. Поиск организмов, которые уменьшают парниковые газы, удаляют токсичность и выделяют полезные вещества, также может помочь снизить уровень парниковых газов на Земле.

Заселение Марса новой жизнью

Мы ещё не уверены, что на Марсе нет жизни. Вопрос о том, насколько этично создавать новую жизнь и затем распространять её на другие тела Солнечной системы для наших собственных целей, глубок и сложен. Но эти дискуссии должны состояться.

Тем не менее, кажется, что синтетическая биология может стать нашей лучшей технологической ставкой для превращения в межпланетный вид — и многие космические и биотехнологические агентства относятся к этому очень серьёзно.

Согласно недавнему исследованию Университета Маккуори в Сиднее, Австралия: «С целостной точки зрения, оптимальным подходом синтетической биологии для максимального использования растительной пищи на Марсе было бы создание мультибиофортифицированных культур с улучшенными питательными свойствами и повышенным качеством (например, увеличенным сроком хранения и сниженной аллергенностью)».

Среди новых технологий именно использование синтетической биологии может улучшить наше будущее больше, чем любой другой фактор — как на Земле, так и за её пределами.