ابرفضانوردان كوچك در سياره سرخ

سفرهای بلندمدت فضایی با مشکلات فراوانی روبه‌رو هستند و به نوعي کابوس مهندسان فضایی قلمداد مي‌شوند. سفر انسان به مریخ نیز از این قاعده مستثنا نیست. اما علم ژنتیک با الهام از برخی موجودات عجیب زمینی راه‌حل‌های خاص و جالبی را در اختیار مهندسان فناوری فضایی قرار داده که ممکن است تأثیر مثبتی بر سرنوشت حضور انسان در مریخ داشته باشد و این سفر احتمالا بی‌بازگشت را آسان‌تر کند.

زمانی که از سفر‌های فضایی صحبت می‌شود، ناخودآگاه به یاد بی‌وزنی یا پرتوهای زیان‌بار فضایی می‌افتیم. تغییرات در ساختار بدن انسان همچون کاهش حجم عضلات و قرارگیری در معرض پرتو‌های جهش‌زا، فقط بخش کوچکی از چالش‌هایی است که مهندسان فضایی و فضاپزشکان با آنها روبه‌رو هستند. زمانی که مسافران فضایی به مریخ خواهند رسید، شاید مشکل گرانش تا حدودی برطرف شود، اما شرایط جدیدی دست به گریبان آنها می‌شود. در حقیقت سطح مریخ در حالت عادی نمی‌تواند پذیرای حیات باشد. مریخ با گرانشی در حدود 40 درصد گرانش زمین و همچنین جوی که يك درصد رقت جو زمین است و بیش از 95 درصد آن از دی‌اکسید کربن تشکیل شده، در فاصله حدود 220 میلیون‌کیلومتری از خورشید واقع شده است. در مریخ اختلاف دمای نوک بینی از کف پای شما، بیشتر از تفاوت دما بین سطح شهر تهران و قله دماوند است! برخی روزها دما در 10سانتی‌متری سطح این سیاره به بالای 20 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، اما فقط 180 سانتی‌متر بالاتر یعنی چیزی در حدود قامت یک انسان دما 50 درجه افت می‌کند و به حدود منفی 30 درجه خواهد رسید. این همه ماجرا نیست. مریخ میدان مغناطیسی و جو مناسبی ندارد. در نتیجه پرتوهای پرانرژی همچون فرابنفش و ذرات باردار کیهانی که همگی تخریب‌کننده ساختار مولکول‌های زیستی هستند، به سطح سیاره می‌رسند. همه این موارد در کنار شوری بسیار زیاد خاک، احتمال زندگی موجودات زنده را به صفر می‌رساند. اما چرا دانشمندان همچنان در تلاش براي سفر به مریخ و جست‌وجوی حیات در آنجا هستند؟ پاسخ در شرایط زیست‌پذیری مریخ است. معیار جست‌وجوی حیات در کیهان بر سه اصل کلی استوار است: آب مایع، انرژی کافی و مواد معدنی. کنار هم قرارگرفتن این سه شرط بسیار سخت است، اما غیرممکن نیست. جالب اینجاست که این سه شرط در بعضی از نقاط مریخ وجود دارد. از زمان فرود سطح‌نشین‌های مریخی مانند کنجکاوی و اطلاعات ارزشمند دریافتی از مدارگرد‌ها، مشخص شد این سیاره دارای چند مخزن عظیم از آب مایع‌ شور در زیر سطح خود است. تصاویر دریافتی از طریق مدارگرد مارس اكسپرس، متعلق به سازمان فضایی اروپا، از سال 2012 و تحلیل آنها نشان می‌دهد ذخایر عظیمی از آب مایع شور به وسعت 19 کیلومترمربع در عمق 1.5کیلومتری از سطح مریخ وجود دارد. همچنین مریخ مواد معدنی مناسب و احتمالا دمای مناسبي را هم در زیر سطح خود دارد. به این ترتیب، می‌توانیم شاهد حضور شرایط نسبتا خوبی برای بقای برخی موجودات میکروسکوپی جان‌سخت در زیر سطح مریخ باشیم. جنگیدن برای بقا در سطح یا زیر سطح مریخ چالش بزرگی است. اما حیات زمینی در دل خود دارای میلیون‌ها گونه از موجودات زنده‌ای است که در شرایط بسیار سخت و تقریبا مشابه با مریخ زیست‌ کرده و تکامل یافته‌اند. این قدرت سازگاری، میراث انقراض‌های گروهی عظیمی است که ده‌ها میلیون سال قبل، بارها و بارها حیات زمین را تا گلوگاه نابودی کامل پیش برده است، اما سازگاری‌های تکاملی، برگ برنده حیات بوده است. برای مثال، حدود يك میلیارد سال قبل، سیاره زمین چنان سرد شد که دو قطب زمین به سمت عرض‌های پایینی پیشروی کردند و در استوا قطب شمال و جنوب به یکدیگر رسیدند؛ چیزی شبیه به دمای فعلی سطح مریخ. در حقیقت زمین ظاهری سفیدرنگ مشابه قطب شمال مریخ و با اقمار یخی سیارات گازی پیدا کرد. احتمالا چیزی در حدود 20 درصد از گونه‌های زیستی میکروسکوپی باقی‌مانده توانستند با ایجاد تکامل در فرایند‌هایِ مولکولیِ درونشان، از پس این شرایط برآیند؛ برای مثال، افزایش غلظت برخی یون‌ها در سلول که دمای انجماد آب را کاهش می‌دهد یا تشکیل پروتئین‌هایی که توانایی تخریب کریستال‌های یخ را دارند. باکتری‌ها، تک‌سلولی‌ها و چندسلولی‌های بسیاری وجود دارند که می‌توانند در شرایط تصورناپذیری مشابه سطح مریخ دوام آورده و حتی به تأمین انرژی از محیط بپردازند که در اصطلاح به آنها Extremophile می‌گویند. نمونه جذابی از این دسته از موجودات، Synechococcus lividus است که دمای منهاي 17 درجه سانتي‌گراد تا منهاي 20 درجه را به‌راحتی تحمل می‌کند. دانشمندان امیدوارند به کمک استخراج ژن‌های این باکتری و ترکیب‌ آنها با ژن‌های موجوداتی که قرار است تأمین‌کننده غذای فضانوردان در مریخ باشند، آنها را به دمای پایین مقاوم‌سازی کنند. به بیان ساده‌تر، گوجه و سیب‌زمینی‌هایی که در دمای یخچال رشد می‌کنند. یا در مثالی دیگر باکتری‌هايي‌ وجود دارند که در مقابل پرتو‌های یونیزان همچون پرتو ايكس، ذرات باردار کیهانی و پرتو‌های رادیواکتیو مقاوم هستند. جالب‌ترین نمونه از آنها Deinococcus radiodurans نام دارد و می‌تواند تا هزار برابر دوز کشنده از پرتو ايكس برای انسان را تحمل کند و نامش در کتاب رکورد‌های گینس نيز ثبت شده است. دانشمندان با الگوبرداری از اطلاعات ژنی این دسته از موجودات نیز خواهند توانست گیاهان متناسب با شرایط درون سفینه‌های فضایی و سطح مریخ را پرورش دهند. سطح مریخ بسیار شور و اسیدی است. نمونه‌های جالب دیگری وجود دارند که می‌توانند در شرایط آب فوق‌العاده شور با غلظت 60 درصد نمک دوام بیاورند، مانند تک‌سلولی Dunaliella salina که می‌توان از اطلاعات ژنتیکی آن برای پرورش گیاهان در خاک شور مریخ بهره برد. سیاره زمین از لحاظ تنوع زیستگاه و اکوسیستم‌ها به‌قدری متنوع است که می‌توان با درهم‌آمیختن دانش زیست‌شناسی و اخترشناسی سرنوشت متفاوتی را برای آینده انسان در کیهان به تصویر کشید. هرچند بشر همچنان در ابتدای مسیر سفر به کیهان است، اما به‌زودی شاهد دستاورد‌های حیرت‌انگیزی خواهیم بود که از اتحاد علوم به وجود خواهد آمد.

سفرهای بلندمدت فضایی با مشکلات فراوانی روبه‌رو هستند و به نوعي کابوس مهندسان فضایی قلمداد مي‌شوند. سفر انسان به مریخ نیز از این قاعده مستثنا نیست. اما علم ژنتیک با الهام از برخی موجودات عجیب زمینی راه‌حل‌های خاص و جالبی را در اختیار مهندسان فناوری فضایی قرار داده که ممکن است تأثیر مثبتی بر سرنوشت حضور انسان در مریخ داشته باشد و این سفر احتمالا بی‌بازگشت را آسان‌تر کند.

زمانی که از سفر‌های فضایی صحبت می‌شود، ناخودآگاه به یاد بی‌وزنی یا پرتوهای زیان‌بار فضایی می‌افتیم. تغییرات در ساختار بدن انسان همچون کاهش حجم عضلات و قرارگیری در معرض پرتو‌های جهش‌زا، فقط بخش کوچکی از چالش‌هایی است که مهندسان فضایی و فضاپزشکان با آنها روبه‌رو هستند. زمانی که مسافران فضایی به مریخ خواهند رسید، شاید مشکل گرانش تا حدودی برطرف شود، اما شرایط جدیدی دست به گریبان آنها می‌شود. در حقیقت سطح مریخ در حالت عادی نمی‌تواند پذیرای حیات باشد. مریخ با گرانشی در حدود 40 درصد گرانش زمین و همچنین جوی که يك درصد رقت جو زمین است و بیش از 95 درصد آن از دی‌اکسید کربن تشکیل شده، در فاصله حدود 220 میلیون‌کیلومتری از خورشید واقع شده است. در مریخ اختلاف دمای نوک بینی از کف پای شما، بیشتر از تفاوت دما بین سطح شهر تهران و قله دماوند است! برخی روزها دما در 10سانتی‌متری سطح این سیاره به بالای 20 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، اما فقط 180 سانتی‌متر بالاتر یعنی چیزی در حدود قامت یک انسان دما 50 درجه افت می‌کند و به حدود منفی 30 درجه خواهد رسید. این همه ماجرا نیست. مریخ میدان مغناطیسی و جو مناسبی ندارد. در نتیجه پرتوهای پرانرژی همچون فرابنفش و ذرات باردار کیهانی که همگی تخریب‌کننده ساختار مولکول‌های زیستی هستند، به سطح سیاره می‌رسند. همه این موارد در کنار شوری بسیار زیاد خاک، احتمال زندگی موجودات زنده را به صفر می‌رساند. اما چرا دانشمندان همچنان در تلاش براي سفر به مریخ و جست‌وجوی حیات در آنجا هستند؟ پاسخ در شرایط زیست‌پذیری مریخ است. معیار جست‌وجوی حیات در کیهان بر سه اصل کلی استوار است: آب مایع، انرژی کافی و مواد معدنی. کنار هم قرارگرفتن این سه شرط بسیار سخت است، اما غیرممکن نیست. جالب اینجاست که این سه شرط در بعضی از نقاط مریخ وجود دارد. از زمان فرود سطح‌نشین‌های مریخی مانند کنجکاوی و اطلاعات ارزشمند دریافتی از مدارگرد‌ها، مشخص شد این سیاره دارای چند مخزن عظیم از آب مایع‌ شور در زیر سطح خود است. تصاویر دریافتی از طریق مدارگرد مارس اكسپرس، متعلق به سازمان فضایی اروپا، از سال 2012 و تحلیل آنها نشان می‌دهد ذخایر عظیمی از آب مایع شور به وسعت 19 کیلومترمربع در عمق 1.5کیلومتری از سطح مریخ وجود دارد. همچنین مریخ مواد معدنی مناسب و احتمالا دمای مناسبي را هم در زیر سطح خود دارد. به این ترتیب، می‌توانیم شاهد حضور شرایط نسبتا خوبی برای بقای برخی موجودات میکروسکوپی جان‌سخت در زیر سطح مریخ باشیم. جنگیدن برای بقا در سطح یا زیر سطح مریخ چالش بزرگی است. اما حیات زمینی در دل خود دارای میلیون‌ها گونه از موجودات زنده‌ای است که در شرایط بسیار سخت و تقریبا مشابه با مریخ زیست‌ کرده و تکامل یافته‌اند. این قدرت سازگاری، میراث انقراض‌های گروهی عظیمی است که ده‌ها میلیون سال قبل، بارها و بارها حیات زمین را تا گلوگاه نابودی کامل پیش برده است، اما سازگاری‌های تکاملی، برگ برنده حیات بوده است. برای مثال، حدود يك میلیارد سال قبل، سیاره زمین چنان سرد شد که دو قطب زمین به سمت عرض‌های پایینی پیشروی کردند و در استوا قطب شمال و جنوب به یکدیگر رسیدند؛ چیزی شبیه به دمای فعلی سطح مریخ. در حقیقت زمین ظاهری سفیدرنگ مشابه قطب شمال مریخ و با اقمار یخی سیارات گازی پیدا کرد. احتمالا چیزی در حدود 20 درصد از گونه‌های زیستی میکروسکوپی باقی‌مانده توانستند با ایجاد تکامل در فرایند‌هایِ مولکولیِ درونشان، از پس این شرایط برآیند؛ برای مثال، افزایش غلظت برخی یون‌ها در سلول که دمای انجماد آب را کاهش می‌دهد یا تشکیل پروتئین‌هایی که توانایی تخریب کریستال‌های یخ را دارند. باکتری‌ها، تک‌سلولی‌ها و چندسلولی‌های بسیاری وجود دارند که می‌توانند در شرایط تصورناپذیری مشابه سطح مریخ دوام آورده و حتی به تأمین انرژی از محیط بپردازند که در اصطلاح به آنها Extremophile می‌گویند. نمونه جذابی از این دسته از موجودات، Synechococcus lividus است که دمای منهاي 17 درجه سانتي‌گراد تا منهاي 20 درجه را به‌راحتی تحمل می‌کند. دانشمندان امیدوارند به کمک استخراج ژن‌های این باکتری و ترکیب‌ آنها با ژن‌های موجوداتی که قرار است تأمین‌کننده غذای فضانوردان در مریخ باشند، آنها را به دمای پایین مقاوم‌سازی کنند. به بیان ساده‌تر، گوجه و سیب‌زمینی‌هایی که در دمای یخچال رشد می‌کنند. یا در مثالی دیگر باکتری‌هايي‌ وجود دارند که در مقابل پرتو‌های یونیزان همچون پرتو ايكس، ذرات باردار کیهانی و پرتو‌های رادیواکتیو مقاوم هستند. جالب‌ترین نمونه از آنها Deinococcus radiodurans نام دارد و می‌تواند تا هزار برابر دوز کشنده از پرتو ايكس برای انسان را تحمل کند و نامش در کتاب رکورد‌های گینس نيز ثبت شده است. دانشمندان با الگوبرداری از اطلاعات ژنی این دسته از موجودات نیز خواهند توانست گیاهان متناسب با شرایط درون سفینه‌های فضایی و سطح مریخ را پرورش دهند. سطح مریخ بسیار شور و اسیدی است. نمونه‌های جالب دیگری وجود دارند که می‌توانند در شرایط آب فوق‌العاده شور با غلظت 60 درصد نمک دوام بیاورند، مانند تک‌سلولی Dunaliella salina که می‌توان از اطلاعات ژنتیکی آن برای پرورش گیاهان در خاک شور مریخ بهره برد. سیاره زمین از لحاظ تنوع زیستگاه و اکوسیستم‌ها به‌قدری متنوع است که می‌توان با درهم‌آمیختن دانش زیست‌شناسی و اخترشناسی سرنوشت متفاوتی را برای آینده انسان در کیهان به تصویر کشید. هرچند بشر همچنان در ابتدای مسیر سفر به کیهان است، اما به‌زودی شاهد دستاورد‌های حیرت‌انگیزی خواهیم بود که از اتحاد علوم به وجود خواهد آمد.