۵۰۰ میلیون سال تکامل، ۹ ماه بقا در فضا/ راز مقاومت خزه‌ها چیست؟

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو؛ پرسش از امکان وجود و بقای حیات در خارج از زمین، همواره یکی از بنیادی‌ترین دغدغه‌های دانشمندان بوده است. اگرچه تاکنون تمرکز اصلی پژوهش‌ها بر میکروارگانیسم‌ها و باکتری‌ها بوده، اما پژوهش جدیدی که در مجله iScience منتشر شده، نگاه‌ها را به سمت گیاهان اولیه خشکی‌زی معطوف کرده است. این مطالعه نشان می‌دهد که هاگ‌های خزه می‌توانند شرایط بسیار خشن فضا، از جمله خلأ، تابش شدید فرابنفش و نوسانات دمایی افراطی را برای مدت طولانی تحمل کنند؛ یافته‌ای که می‌تواند درک ما از مرز‌های حیات را دگرگون کند.

خزه‌ها؛ بازماندگان ۵۰۰ میلیون سال تکامل

خزه‌ها از نخستین گیاهانی هستند که حدود ۵۰۰ میلیون سال پیش از محیط‌های آبی به خشکی مهاجرت کردند. آنها فاقد ریشه‌های واقعی و سامانه‌های آوندی پیچیده‌اند، اما به شکلی شگفت‌انگیز توانایی بقا در محیط‌های بسیار نامساعد—از قطب جنوب تا بیابان‌های خشک—را دارند. همین ویژگی‌ها باعث شد تامومیچی فوجیتا، پژوهشگر دانشگاه هوکایدو، خزه‌ها را به‌عنوان گزینه‌ای مناسب برای آزمودن بقای گیاهان در فضا انتخاب کند.

او در این‌باره می‌گوید: «اگر گیاهی بتواند تغییرات شدید دما، کم‌آبی و تابش شدید را روی زمین تحمل کند، شاید بتواند در محیط‌های فرازمینی نیز دوام بیاورد.» پژوهشگران برای آغاز کار، گونه‌ای از خزه به نام Physcomitrium patens را در شرایط آزمایشگاهی شبیه‌سازی‌شده فضا قرار دادند. این شرایط شامل تابش شدید فرابنفش (UV) و دما‌های بسیار بالا و بسیار پایین و فشار بسیار کم شبیه به خلأ فضا بود.

در این مرحله، سه ساختار زیستی خزه بررسی شد  پروتونما (مرحله جوان و ابتدایی رشد) و سلول‌های مولد مقاومو اسپوروفیت‌ها که هاگ‌ها را در ساختاری محافظ در بر می‌گیرند. نتایج اولیه نشان داد که تابش UV مخرب‌ترین عامل است. پروتونما به‌سرعت آسیب دید و از بین رفت و سلول‌های مولد نیز مقاومت محدودی داشتند. اما هاگ‌های محصور در اسپوروفیت‌ها عملکردی کاملاً متفاوت نشان دادند.

هاگ‌های قرارگرفته در اسپوروفیت‌ها تا هزار برابر مقاومت بیشتری در برابر تابش فرابنفش از خود نشان دادند. این هاگ‌ها حتی پس از قرارگیری در دمای منفی ۱۹۶ درجه سانتی‌گراد (دمای نیتروژن مایع) یا تحمل گرمای ۵۵ درجه سانتی‌گراد برای یک ماه، همچنان قابلیت جوانه‌زنی داشتند.

پژوهشگران معتقدند که ساختار اطراف هاگ‌ها، مانند یک سپر زیستی عمل کرده و علاوه بر جذب پرتو‌های مضر، از آسیب‌های شیمیایی و فیزیکی نیز جلوگیری می‌کند. این سازوکار می‌تواند توضیح دهد که چگونه خزه‌تباران اولیه توانستند از چندین رویداد انقراض گسترده در تاریخ زمین جان سالم به در ببرند.

آزمون نهایی؛ مواجهه مستقیم با فضای واقعی

برای بررسی صحت این فرضیه‌ها، پژوهشگران تصمیم گرفتند آزمایش را از شبیه‌سازی فراتر ببرند. در مارس ۲۰۲۲، صد‌ها اسپوروفیت خزه با فضاپیمای Cygnus NG-۱۷ به ایستگاه فضایی بین‌المللی ارسال شد. فضانوردان این نمونه‌ها را در بخش بیرونی ایستگاه نصب کردند تا به مدت ۲۸۳ روز در معرض مستقیم خلأ فضا،  پرتو‌های کیهانی و تغییرات شدید دما قرار گیرند. این مرحله یکی از طولانی‌ترین آزمایش‌های قرارگیری گیاهان در محیط باز فضا به‌شمار می‌رود.

بازگشت به زمین؛ نتایجی فراتر از انتظار

نمونه‌ها در ژانویه ۲۰۲۳ با فضاپیمای شرکت SpaceX به زمین بازگشتند. فوجیتا می‌گوید: «صادقانه بگویم انتظار داشتیم تقریباً هیچ‌کدام زنده نمانند، اما نتایج ما را شگفت‌زده کرد.» بیش از ۸۰ درصد هاگ‌ها زنده ماندند و تنها حدود ۱۱ درصد توانایی جوانه‌زنی خود را از دست دادند. بررسی‌های زیست‌فیزیولوژیک نشان داد که میزان کلروفیل تقریباً طبیعی است. تنها کلروفیل a حدود ۲۰ درصد کاهش یافته؛  اما سلامت کلی سلول‌ها حفظ شده است.

مدل‌سازی بقا؛ خزه‌ها تا ۱۵ سال در فضا؟

پژوهشگران با استفاده از داده‌های به‌دست‌آمده، یک مدل ریاضی پیش‌بینی بقا طراحی کردند. این مدل نشان می‌دهد که در شرایط مشابه، هاگ‌های خزه می‌توانند تا ۵۶۰۰ روز (حدود ۱۵ سال) دوام بیاورند. البته تیم تحقیق تأکید می‌کند که برای نتیجه‌گیری قطعی، آزمایش‌های طولانی‌مدت‌تری لازم است.

 یافته‌ها پیامد‌های گسترده‌ای دارند از تقویت فرضیه‌هایی مانند پان‌اسپرمیا که انتقال حیات بین سیارات را ممکن می‌دانند و کمک به طراحی زیست‌سامانه‌های پایدار برای پایگاه‌های انسانی در ماه و مریخ و استفاده احتمالی از خزه‌ها به‌عنوان پیشگامان گیاهی برای بهبود خاک‌های فرازمینی.