Τα κυανοβακτήρια έχουν αναδειχθεί σε σημαντικό εργαλείο για την εξερεύνηση του διαστήματος χάρη στην ικανότητά τους να επιβιώνουν σε συνθήκες ανάλογες με αυτές που επικρατούν σε διάφορους πλανήτες. Ο τρόπος με τον οποίο αυτές οι μικροσκοπικές μορφές ζωής χρησιμοποιούν τα υλικά του περιβάλλοντός τους προκειμένου να επιβιώσουν σε αφιλόξενες για τη ζωή περιοχές καθώς επίσης και η εκμετάλλευση των προϊόντων του μεταβολισμού τους αποτελεί αντικείμενο εντατικής έρευνας με στόχο την αξιοποίησή τους σε μελλοντικά διαστημικά ταξίδια.
Διάφορες επιστημονικές ομάδες φιλοδοξούν να διαλευκάνουν τα μυστήρια του μεταβολισμού των κυανοβακτηρίων και κυρίως του τρόπου με τον οποίο αυτός προσαρμόζεται με στόχο την επιβίωση στις πλέον δυσμενείς συνθήκες. Οι βιοχημικές αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχουν αναμένεται να αποτελέσουν ένα σημαντικό κομμάτι της βιομιμητικής με στόχο την εκμετάλλευση μεταλλευμάτων σε ακραία περιβάλλοντα, ακόμα και σε άλλους πλανήτες.
Διαστημικοί φορείς, υπηρεσίες αλλά και ιδιωτικές εταιρίες έχουν θέσει ως στόχο τις επανδρωμένες αποστολές για την εξερεύνηση του διαστήματος. Ο στόχος αυτός με την πάροδο του χρόνου και με τη συσσώρευση των τεχνοεπιστημονικών επιτευγμάτων φαντάζει ολοένα και πιο ρεαλιστικός. Τέτοιες μακροχρόνιες αποστολές θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο ανεξάρτητες από τη Γη για τους αναγκαίους υλικούς πόρους για την επιβίωση του πληρώματος και την υλοποίηση του ταξιδιού. Για το σκοπό αυτό θεωρείται ότι θα επιστρατευτούν βιολογικά συστήματα και κυρίως μικροοργανισμοί.
Η επιβίωση στις ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας, ακτινοβολίας και έλλειψης τροφής που επικρατούν στο διάστημα είναι εφικτή από ορισμένους μικροοργανισμούς οι οποίοι μπορούν να αξιοποιήσουν τα διαθέσιμα θρεπτικά συστατικά του περιβάλλοντός τους, όπως νερό, άνθρακα και άζωτο, που βρίσκονται σε μορφές που δεν μπορούν απευθείας να χρησιμοποιηθούν από τους ανθρώπους ή από άλλους οργανισμούς. Επιπρόσθετα, υπάρχουν μικροοργανισμοί που μπορούν να παράγουν προϊόντα βιοτεχνολογικού ενδιαφέροντος, χρήσιμα για τις διαστημικές αποστολές.
Ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα αποτελούν τα κυανοβακτήρια της οικογένειας Nostocaceae. Αυτοί οι μικροσκοπικοί οργανισμοί που σχηματίζουν νηματοειδείς αποικίες μπορούν να αναπτυχθούν καταναλώνοντας υλικά που βρίσκονται στην επιφάνεια και στην ατμόσφαιρα του Άρη. Έχει διαπιστωθεί ότι έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν άνθρακα και άζωτο από ατμόσφαιρα που προσομοιάζει αυτήν του κόκκινου πλανήτη και ως φωτοσυνθετικοί οργανισμοί μπορούν με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας να συνθέσουν οργανικά υλικά. Επιπλέον αρκετά κυανοβακτήρια πολλαπλασιάζονται γρήγορα και σχηματίζουν ανθεκτικές καλλιέργειες σε ακραίες συνθήκες σε σχέση με άλλους πιο ευαίσθητους μικροοργανισμούς. Αυτές οι καλλιέργειες μπορούν, στη συνέχεια, να χρησιμοποιηθούν είτε άμεσα για την παραγωγή τροφής, οξυγόνου ή καυσίμων είτε έμμεσα ως πρώτη ύλη για άλλους οργανισμούς που παράγουν χρήσιμα προϊόντα για τις διαστημικές αποστολές.
Τα κυανοβακτήρια τροποποιούν τα ορυκτά του περιβάλλοντός τους
Ο αξιοθαύμαστος τρόπος με τον οποίο τα κυανοβακτήρια προσαρμόζονται σε αφιλόξενα περιβάλλοντα αξιοποιώντας τα υλικά που υπάρχουν γύρω τους αποτελεί πηγή έμπνευσης και ιδεών για τον εποικισμό άλλων πλανητών χρησιμοποιώντας τα πετρώματα και τα μεταλλεύματα που υπάρχουν εκεί. Ερευνητές και ερευνήτριες από δύο πανεπιστήμια των ΗΠΑ, από το Τμήμα Μηχανικών και Επιστήμης των Υλικών του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια και από το Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, ένωσαν τις δυνάμεις τους για να ερευνήσουν τον τρόπο με τον οποίο τα κυανοβακτήρια τροποποιούν ορυκτά από το περιβάλλον τους και συνθέτουν άλλα χρήσιμα υλικά. Για να πραγματοποιήσουν την έρευνά τους χρησιμοποίησαν κυανοβακτήρια που ζουν σε πετρώματα στο πιο ξηρό και άνυδρο μέρος της Γης, στην έρημο Ατακάμα στη Χιλή. Οι κλιματολογικές συνθήκες και η σύσταση του εδάφους στη συγκεκριμένη περιοχή έχουν μεγάλες ομοιότητες, άλλωστε, με τον πλανήτη Άρη, γεγονός που ευνοεί την έρευνα για τη ζωή στις ακραίες συνθήκες του διαστήματος. Αρχικά συλλέχθηκε γύψος από πετρώματα της ερήμου ο οποίος είχε εποικιστεί από τα κυανοβακτήρια του γένους Chroococcidiopsis. Η ερευνητική ομάδα ήθελε να αποκαλύψει τα μυστικά της επιβίωσης των μικροσκοπικών κυανοβακτηρίων στην αφιλόξενη βραχώδη έρημο μέσω της διερεύνησης των πολύπλοκων βιοχημικών αντιδράσεων ανάμεσα στα κύτταρα και στα ορυκτά που τα περιβάλλουν.
Από τις παρατηρήσεις και τα πειράματά τους βρέθηκε ότι τα κυανοβακτήρια έχουν αναπτύξει αξιοθαύμαστες προσαρμογές για την επιβίωσή τους. Συγκεκριμένα μπορούν να εξάγουν νερό και σίδηρο από τα πετρώματα για να φωτοσυνθέσουν. Επίσης δημιουργούν βιοφιλμ, δηλαδή μικροσκοπικές επιφάνειες πάνω στις οποίες διαλύονται τα μαγνητικά σωματίδια οξειδίου του σιδήρου που βρίσκονται μέσα στα γύψινα ορυκτά. Ο μαγνητίτης, ορυκτό που περιέχει σίδηρο, με μετατρέπεται από τα κυανοβακτήρια σε ένα άλλο ορυκτό σιδήρου με διαφορετικές ιδιότητες, τον αιματίτη. Με τη χρήση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας υψηλής ανάλυσης και προηγμένων τεχνικών φασματοσκοπίας οι επιστήμονες κατόρθωσαν να αποκτήσουν μια σχετικά ακριβή εικόνα για το πώς αυτοί οι οργανισμοί τροποποιούν τόσο τα ορυκτά του σιδήρου όσο και άλλα συνθετικά υλικά που βρίσκονται γύρω τους. Η ερευνητική ομάδα φιλοδοξεί με τα αποτελέσματα της να ανοίξει το δρόμο προς καινούριες βιομημιτικές μεθόδους εκμετάλλευσης των μεταλλευμάτων με τη χρήση μικροοργανισμών, που θα μπορούν να εφαρμοστούν σε δυσμενείς συνθήκες, όπως για παράδειγμα αυτές που επικρατούν στη Σελήνη ή στον Άρη.
Είτε ως πρώτη ύλη για τροφή και ενέργεια είτε ως «μηχανές» εξόρυξης και παρασκευής χρήσιμων υλικών, τα κυανοβακτήρια αναδεικνύονται σε πολύτιμο σύμμαχο για την εξερεύνηση του διαστήματος με τρόπο όσο το δυνατόν πιο βιώσιμο, αξιοποιώντας συστατικά που βρίσκονται ακόμα και στα πιο ακραία για τη ζωή περιβάλλοντα.
Πηγές:
1 Ramalho, T.P., Chopin, G., Salman, L. et al. On the growth dynamics of the cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7938 in Martian regolith. npj Microgravity 8, 43 (2022).
2 Huang, W. et al. Iron acquisition and mineral transformation by cyanobacteria living in extreme environments, Materials Today Bio Vol 17 (2022) 100493.
