Колонизация Марса начнется с мхов: как растение выдержало 283 дня в открытом космосе

26 ноя 2025, 14:51

Человечество стремится колонизировать Луну и Марс. И главное препятствие — не ракеты, а системы жизнеобеспечения. Возить кислород и еду с Земли экономически невозможно. Нам нужны растения, которые будут производить кислород и биомассу на месте.

Проблема в том, что привычные нам сельскохозяйственные культуры (пшеница, картофель, томаты) слишком нежные. Они требуют давления, защиты от радиации и стабильной температуры. Если мы ищем кандидатов для озеленения других планет, смотреть нужно не на сложные цветковые растения, а на эволюционных первопроходцев.

Мох на Марсе, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Исследование, опубликованное группой ученых (Maeng et al.), заявляет о высокой жизнестойкости мхов. Объектом изучения стал модельный вид Physcomitrium patens. Его отправили туда, где погибает почти всё живое — на внешнюю платформу МКС.

Три уровня защиты: кто выживает, а кто нет?

Мох — это не однородная масса. У него есть разные стадии развития и типы тканей. Ученые не просто «заморозили мох», они разделили его на три группы, чтобы понять пределы прочности каждой:

Протонема: ювенильная стадия, тонкие нити, вырастающие из споры.
Brachycytes (выводковые клетки): клетки с толстыми стенками, предназначенные для вегетативного размножения при стрессе.
Споры в спорангиях: репродуктивные единицы, упакованные в защитную капсулу (спорангий).

Лабораторный краш-тест

Перед полетом образцы подвергли экстремальным нагрузкам на Земле. Результаты показали четкую иерархию выживаемости:

Ультрафиолет (UVC): Протонема погибает мгновенно. Выводковые клетки держатся до определенного предела. Споры выдерживают дозы радиации, в 1000 раз превышающие смертельные для остальных тканей.
Глубокая заморозка (-80°C): Протонема умирает за 4 дня. Споры сохраняют 80% всхожести даже через месяц. Более того, они выжили после погружения в жидкий азот (-196°C).
Жара (+55°C): Для мха это экстремальная температура. Вегетативные части погибли за 4 дня. Споры сохранили жизнеспособность на 36% после месяца.

Устойчивость мха P. patens к экстремальным условиям (УФ, холод, жара, вакуум) и оценка его пригодности для космических экспериментов. На графиках показана выживаемость протонемы (оранжевый круг), выводковых клеток (пурпурный квадрат) и уровень прорастания спор (синий треугольник) после стрессового воздействия. (A) Параметры контрольных тестов перед космическим полетом. (B) Воздействие жесткого ультрафиолета UVC (254 nm). Протонему и выводковые клетки облучали дозами от 1 до 100 kJ/m², а спорофиты — дозами от 1 до 12 MJ/m². Вегетативные клетки (протонема и выводковые) погибали полностью уже при 10-100 kJ/m², тогда как споры сохраняли жизнеспособность даже после чудовищной дозы в 12 MJ/m². (C) Глубокая заморозка (-80°C) в течение 30 дней. Протонема погибала уже на 4-й день. Выводковые клетки и споры выжили, но споры показали значительно более высокую жизнеспособность. (D) Тепловой удар (55°C) в течение 30 дней. Протонема и выводковые клетки погибли полностью (0% выживаемости). Споры сохранили 40% всхожести. (E) Воздействие вакуума (4 x 10⁻⁵ torr). Тесты проводились на 9, 18, 23 и 29 дней. Во всех случаях повреждения спор были минимальными. (F) Воздействие вакуумного ультрафиолета VUV (172 nm). Споры подверглись облучению дозами 0.38, 0.94 и 1.56 MJ/m². Значимых повреждений не обнаружено (n ≥ 3, планки погрешностей обозначают стандартное отклонение SD). (G) Итоговая таблица пригодности тканей для космических экспериментов. Оранжевый цвет — непригодно (гибель), зеленый — пригодно (выживание). Длительность температурных тестов (30 дней) была выбрана для имитации циклов нагрева и охлаждения на орбите МКС.
Автор: Maeng, Chang-hyun et al. iScience Источник: www.cell.com

Вывод первого этапа: сам по себе мох (его зеленые части) уязвим. Но его споры — бронированы природой.

Эксперимент на орбите: 9 месяцев без атмосферы

Образцы поместили в специальный блок экспонирования на внешней стороне модуля «Кибо» (МКС). Условия были жестокими:

Вакуум: давление около 10^-5торр.
Радиация: полный спектр солнечного излучения (UV, видимый свет, ИК), не смягченный атмосферой.
Температурные качели: постоянная смена нагрева и охлаждения каждые 90 минут (виток вокруг Земли).

Эксперимент длился 283 дня.

Конструкция блока экспонирования и подготовка образцов к запуску. (A) Блок с защитой от ультрафиолета. Под внешним окном из фторида магния (MgF₂) установлен фильтр, отсекающий всё излучение короче 400 нм (весь ультрафиолет). Двухъярусная конструкция держателя гарантирует, что образцы в нижнем отсеке находятся в полной темноте. (B) Блок экспонирования без фильтра (образцы получают полный спектр космического излучения). (C) Чертеж держателя образцов (размеры указаны в мм). (D) Сверху: схема устройства одной ячейки (диаметр 5.5 мм). Коричневый цвет — спорофиты мха, голубой — связующее вещество из цианобактерий (ES), черное — алюминиевая фольга, серое — корпус держателя. Снизу: фотография реальных спорофитов, закрепленных в ячейке. (E) Проверка безопасности клеящего вещества (ES). Ученые убедились, что сам клей не вредит мху. Показана всхожесть обработанных и чистых образцов в темноте и под жестким ультрафиолетом (2 MJ/m²). Разные буквы над столбцами указывают на статистически значимые различия. Цифры внутри столбцов — количество образцов. (F) Готовый блок экспонирования в сборе перед отправкой на орбиту.
Автор: Maeng, Chang-hyun et al. iScience Источник: www.cell.com

Результаты после возвращения

Когда капсулы вернули на Землю, ученые извлекли споры и попытались их прорастить. В результате, более 80% спор, находившихся в открытом космосе, дали жизнь новым растениям.

Это ставит споры мха P. patens в один ряд с тихоходками и бактерией Deinococcus radiodurans (самым радиорезистентным организмом на Земле).

Почему они не погибли? Фактор спорангия

Ключевой вопрос исследования: какова механика этого выживания? Ответ кроется в структуре спорангия. Это не просто мешок для хранения спор. Это многослойный щит.

Данные показывают, что спорангий работает как физический барьер. Он блокирует проникновение коротковолнового ультрафиолета (VUV и UVC), который разрушает ДНК. Внутри этой капсулы споры находятся в состоянии глубокого покоя (анабиоз). Внешняя среда уничтожает поверхностные клетки спорангия, но содержимое внутри остается нетронутым.

Это эволюционное приспособление. Мхи были одними из первых растений, вышедших на сушу 500 миллионов лет назад. Земля тогда была гораздо более суровым местом с высоким уровнем радиации. Механизмы защиты, выработанные для древней Земли, оказались эффективными и для открытого космоса.

Прорастание спор и изменение пигментации растений после возвращения с орбиты (миссия Tanpopo4). (A) Молодой мох (протонема), успешно проросший из «космических» спор на питательной среде после возвращения на Землю. Масштабная линейка: 1 см. (B) График всхожести спор в разных группах. Ground dark — Наземный контроль (лаборатория, темнота). Space dark — МКС, темнота (образцы в нижнем, экранированном отсеке). Space non-UV — МКС, солнечный свет, но с защитой от ультрафиолета (фильтр). Space UV — МКС, открытый космос (вакуум + полное солнечное излучение без фильтров). (C) Спектральный анализ поверхности спорофитов (показывает «выцветание» тканей). Синяя линия — контроль на Земле; красная — темнота в космосе; оранжевая — космос с защитой от УФ; зеленая — открытый космос с УФ. Фиолетовые пунктирные линии отмечают контрольные длины волн (470, 635, 680 и 800 нм), использованные для расчета индексов пигментов. (D-F) Оценка уровня сохранности фотосинтетических пигментов: хлорофилла a, хлорофилла b и каротиноидов. Расчеты проводились бесконтактным методом (на основе спектров отражения). Разные буквы над столбцами (a, b) указывают на то, что различия между группами статистически достоверны, а не случайны. Цифры над осью X — количество изученных образцов.
Автор: Maeng, Chang-hyun et al. iScience Источник: www.cell.com

Ахиллесова пята: деградация хлорофилла

Не все прошло гладко. Ученые использовали гиперспектральную камеру для анализа пигментов выживших растений.

Обнаружена проблема: хлорофилл a значительно деградировал. В условиях космоса на растения воздействует не только ультрафиолет, но и интенсивный видимый и инфракрасный свет. В отсутствие атмосферного рассеяния прямые солнечные лучи буквально выжигают фотосинтетический аппарат.

Хлорофилл a оказался менее стабильным, чем хлорофилл b и каротиноиды. Это важный момент для проектирования будущих космических оранжерей. Даже если растение выживет в вакууме (например, при аварии купола), его способность к фотосинтезу может быть подорвана избыточным светом, а не только радиацией.

Что это значит для колонизации?

Исследование меняет подход к выбору растений для космоса.

Транспортировка: мхи можно перевозить в виде сухих спор в грузовых отсеках без давления и термоконтроля. Они выдержат перелет к Марсу (около 7 месяцев) даже на внешней обшивке корабля.
Терраформирование: способность спор выживать в условиях, близких к марсианским, делает мхи идеальными пионерами. Они могут стать первым звеном в создании почвы (реголита), на которой позже будут расти более прихотливые культуры.
Безопасность: высокая устойчивость спор гарантирует, что даже в случае отказа систем жизнеобеспечения генетический материал растений сохранится для перезапуска биосистемы.

Источник: iScience

Опубликовано: Мировое обозрение Источник