ابداع روش تازه برای کشف حیات فرازمینی: واداشتن میکروب‌های بیگانه به جنبیدن

تازه‌ترین پیشرفت در جست‌وجو برای یافتن حیات فرازمینی ممکن است از «جنبیدن» میکروب‌های شناگر به‌دست آید؛ همان موجودات تک‌سلولی میکروسکوپی که تقریباً در هر گوشه‌ای از زمین به وفور یافت می‌شوند.

میکروب‌ها در سراسر بیوسفر سیاره‌ی ما یافت می‌شوند؛ زیرا بسیاری از آن‌ها می‌توانند تحت شرایط بسیار سختی که برای اشکال بزرگ‌تر و پیچیده‌تر حیات مرگبار است، شکوفا شوند. این سازگاری شگفت‌انگیز، اخترزیست‌شناسان را مجذوب خود کرده است. مثلا اگر میکروب‌ها بتوانند در دریاچه‌ای مدفون زیر یخ‌های قطب جنوب زمین زنده بمانند، شاید موجودات مشابهی در محیط‌های فرازمینی مشابه، مانند اقیانوس یخ‌زده‌ی اروپا، قمر سیاره مشتری یا مناطق آب‌دار زیر سطح مریخ، وجود داشته باشند.

چالش اصلی فقط این نیست که احتمال وجود حیات بیگانه را مطرح کنیم، بلکه باید حضور آن را نیز ثابت کنیم. تاکنون، بیشتر آزمایش‌های شناسایی حیات در سیارات دیگر بر یافتن نشانه‌های شیمیایی، یا همان رد پای زیستی، متمرکز بوده‌اند؛ یعنی موادی که میکروب‌های بیگانه ممکن است به‌عنوان محصول جانبی متابولیسم خود تولید کنند. اما اکنون، روش جدیدی که براساس توانایی حرکت مستقل میکروب‌ها (جنبندگی) طراحی شده، ممکن است این جست‌وجو را ساده‌تر کند.

محققان در مطالعه روی سه نوع میکروب مقاوم به شرایط سخت به نام‌های «باسیلس سبتیلیس»، «سودوآلتروموناس هالواپلانکتیس» و «هالوفرکس وولکانی» تمرکز کردند. آزمایش آن‌ها ساده بود: آیا می‌توان این میکروب‌ها را وادار کرد که به سمت منبع مواد مغذی حرکت کنند؟ محققان قطرات آب حاوی میکروب را در یک سمت اسلاید دو‌قسمتی میکروسکوپ قرار دادند و در سمت دیگر محلولی غنی از ال‌سِرین (اسید آمینه‌ی ضروری برای ساخت پروتئین و رشد سلولی) را افزودند. در آزمایش‌های سه‌ساعته‌ی جداگانه، مشخص شد که هر سه گونه می‌توانند حرکت کنند، خود را به سمت محلول ال‌سرین برسانند و در آنجا تشکیل توده‌ بدهند. این حرکت هدفمند به سمت یا دور از یک ماده‌ی شیمیایی خاص، «کموتاکسی» نام دارد.

میکروب‌ها در آزمایش توانستند مولکول‌های مفید برای متابولیسم خود را شناسایی و به سمت آن‌ها حرکت کنند. مکس ریکلز، نویسنده‌ی اصلی مطالعه، توضیح می‌دهد که هدف این پژوهش، ساده‌سازی روش‌های بصری و محاسباتی برای بررسی کموتاکسی بوده است.

کریستین لیندن‌اسمیت، اخترزیست‌شناس ناسا، اشاره می‌کند که روش‌های قبلی بررسی کموتاکسی مشکلات زیادی داشتند؛ از جمله دشواری در ایجاد شیب‌های شیمیایی مطمئن، پایدار و پیش‌بینی‌پذیر. علاوه‌بر‌این، مشاهده‌ی حرکت میکروب‌ها چالش‌برانگیز است، زیرا میدان دید میکروسکوپ‌ها محدود بوده و عوامل محیطی مانند اختلاط حرارتی  و رانش لَختی (حرکت ناشی از اینرسی و جریان‌های محیطی) می‌توانند بر حرکت میکروب‌ها تأثیر بگذارند. او این فرایند را به مدیریت یک «باغ‌وحش میکروسکوپی» تشبیه می‌کند.

یک غشای ژلی که دو محفظه‌ی آزمایش را از هم جدا می‌کرد، نقش کلیدی در کاهش مشکلات حرکتی میکروب‌ها داشت. این ژل نیمه‌تراوا مانند مانعی یک‌طرفه عمل می‌کرد؛ به‌طوری که میکروب‌ها می‌توانستند به‌راحتی از آن عبور کنند، اما نشت ال‌سرین به سمت دیگر را کند می‌کرد. این ویژگی باعث شد که میکروب‌ها همچنان جذب ماده‌ی مغذی شوند و به سمت آن حرکت کنند. جی نادو، اخترزیست‌شناس و استاد فیزیک دانشگاه ایالتی پورتلند، این روش را انتخابی هوشمندانه می‌داند؛ زیرا مشاهده و تحلیل حرکت میکروب‌ها را ساده‌تر کرده است؛ به‌خصوص که این مانع، میکروب‌ها را پس از ورود در همان سمت نگه می‌داشت.

نادو و لیندن‌اسمیت که هر دو قبلا از همکاران ریکلس بودند، اما در مطالعه‌ی جدید شرکت نداشتند، می‌گویند پیشرفت‌های فنی مانند روش‌های مطالعه‌ی جدید ممکن است در مأموریت‌های فضایی آینده برای کشف حیات مفید باشند. اما یک چالش بزرگ برای استفاده از این روش در سیارات یا قمرهای بسیار سرد مانند اروپا این است که اگر میکروب‌های بیگانه بسیار آهسته حرکت کنند، ممکن است نیاز باشد آن‌ها را برای هفته‌ها تحت نظر گرفت تا حرکتشان آشکار شود.

حتی اگر فرض کنیم که ترکیب مواد مغذی حیات در سراسر کیهان یکسان است، باز هم موانعی برای اجرای روش بررسی کموتاکسی در یک مأموریت اخترزیست‌شناسی واقعی وجود دارد. ریکلز می‌گوید چالش بعدی، نه‌تنها بهبود این تکنیک از طریق آزمایش‌های گسترده‌تر، بلکه بررسی و آزمایش با انواع مختلف میکروب‌ها و اسیدهای آمینه است.

نادو اشاره می‌کند که هدف اخترزیست‌شناسی، جستجوی حیات میکروبی در جهان‌های دیگر است، اما در‌حال‌حاضر کارهای زیادی روی زمین قابل انجام است که می‌تواند بینش‌های مهم به ما بدهد. روش جدید مطالعه که برای جداسازی میکروب‌ها ساخته شده، نمونه‌ای عالی از کارهای ساده اما حیاتی است که می‌توان برای مأموریت‌های آینده توسعه داد.

لیندن‌اسمیت نیز می‌گوید ما از آنچه در فضا وجود دارد بی‌اطلاع هستیم؛ پس گسترش ابزارها و روش‌های مطالعه حیات روی زمین، اولین قدم مهم است. او تأکید می‌کند که باید ابتدا این فناوری‌ها را روی زمین کامل کنیم تا بتوانیم به‌طور مؤثر در سیارات دیگر به کار بگیریم.

مطالعه در مجله‌ی Frontiers in Astronomy and Space Sciences منتشر شده است.