[論文レビュー] Bacterial survival in Martian conditions

G. Galletta, Giulio Bertoloni+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2010

Planetary Science and Exploration参考文献 18被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、火星の低気圧、低温、紫外線放射、大気組成を再現する2つの実験室用チャンバー、LISAおよびmini-LISAを用いて、地上由来の細菌内生胞子の火星環境下での生存を調査した。主な発見は、紫外線放射が主な致死要因であるのに対し、特に* Bacillus pumilus *の内生胞子は、ほこりの層に覆われた状態では、火星環境下で最大28時間生存可能であるということである。

ABSTRACT

We shortly discuss the observable consequences of the two hypotheses about the origin of life on Earth and Mars: the Lithopanspermia (Mars to Earth or viceversa) and the origin from a unique progenitor, that for Earth is called LUCA (the LUCA hypothesis). To test the possibility that some lifeforms similar to the terrestrial ones may survive on Mars, we designed and built two simulators of Martian environments where to perform experiments with different bacterial strains: LISA and mini-LISA. Our LISA environmental chambers can reproduce the conditions of many Martian locations near the surface trough changes of temperature, pressure, UV fluence and atmospheric composition. Both simulators are open to collaboration with other laboratories interested in performing experiments on many kind of samples (biological, minerals, electronic) in situations similar to that of the red planet. Inside LISA we have studied the survival of several bacterial strains and endospores. We verified that the UV light is the major responsible of cell death. Neither the low temperature, nor the pressure, nor the desiccation or the atmospheric changes were effective in this sense. We found that some Bacillus strains have a particular capability to survive for some hours in Martian conditions without being screened by dust or other shields. We also simulated the coverage happening on a planet by dust transported by the winds, blowing on the samples a very small quantity of volcanic ash grains or red iron oxide particles. Samples covered by these dust grains have shown a high percentage of survival, indicating that under the surface dust, if life were to be present on Mars in the past, some bacteria colonies or cells could still be present.

研究の動機と目的

• 地上由来の細菌株および内生胞子が、模擬火星表面環境下で生存可能かどうかを評価すること。
• 紫外線放射、低気圧、低温、乾燥、大気組成といった主要な環境ストレス要因が微生物の生存に与える影響を評価すること。
• ほこりの被覆や遮蔽機構が、火星における微生物の長期生存を可能にするかどうかを調査すること。
• LISAおよびmini-LISAを用いた共同実験プラットフォームを提供し、惑星類似環境における天体生物学的研究を促進すること。

提案手法

• 火星の表面環境を再現する2つの環境模擬器、LISAおよびmini-LISAを構築した。これらは、温度（-80 °Cから+23 °C）、圧力（0.7 kPa）、紫外線フラクランス、大気組成（95% CO₂、2% N₂、1% Ar）を含む。
• * Bacillus *属の細菌懸濁液（胞子および胞子形成細胞）を、滅菌されたカバーガラスに乾燥させ、鋼鉄製の反応セルに密封して、模擬火星環境にさらした。
• 暴露後、サンプルを再水和し、固体培地に接種してコロニー数を数えることで、生存率を定量した。
• 実験では、紫外線への直接露出と、エトナ山の火山灰および赤鉄鉱粒子を用いた模擬ほこり遮蔽を含んだ。
• 「夏期」（+23 °C）および「冬期」（-80 °C）の温度条件の下で、時間経過に伴う生存を測定した。
• さまざまなストレス条件下で、* Deinococcus radiodurans *および* Bacillus pumilus *SAFR032の生存率を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地上由来の細菌内生胞子は、低気圧、低温、乾燥、紫外線放射を含む模擬火星表面環境に長時間さらされても生存可能か？
• RQ2 火星における微生物不活性化の主な要因として、紫外線放射、低温、低気圧、乾燥、大気組成のうち、どれが最も顕著か？
• RQ3 火山灰や鉄酸化物などの細かいほこりの層が、火星的条件下で微生物細胞の紫外線死をどれほど効果的に防げるか？
• RQ4 温度変動（火星の夏期と冬期条件）は、細菌内生胞子の生存動態にどのように影響するか？
• RQ5 内生胞子は火星環境下で休眠状態を維持でき、再水和によって代謝活性を回復できるか？

主な発見

• 紫外線放射が細胞死の主な要因であると特定された。* Deinococcus radiodurans *の胞子は、5〜8分間の露出後、生存率が0%となった。
• * Bacillus pumilus *SAFR032はより高い耐性を示し、紫外線露出10分後も10%の生存率を維持したが、数分以上は生存しなかった。
• * Bacillus pumilus *および* Bacillus nealsonii *の内生胞子は、初期の低下後も安定した生存率を示し、夏期条件（紫外線照射下）で最大1.5時間生存した。
• 冬期条件（-80 °C）下では、* Bacillus pumilus *の1株が顕著な耐性を示し、紫外線遮蔽なしで少なくとも4時間、最長28時間生存した。
• 火山灰や赤鉄鉱粒子によるほこり被覆は生存率を顕著に向上させ、火星における地下保護が生存可能な細胞を保存可能であることを示唆した。
• 低温、低気圧、乾燥、大気組成単体では内生胞子が殺されず、紫外線放射が主な不活性化要因であることが確認された。