پژوهشگران ژاپنی با مطالعه یک آزمایش منحصربهفرد در فضا، شواهد تازهای درباره میزان مقاومت موجودات زنده در شرایط بسیار سخت به دست آوردهاند. این تیم علمی توانسته است نشان دهد که هاگهای خزه، پس از گذراندن دورهای ۹ ماهه در بیرون از ایستگاه فضایی بینالمللی و قرار گرفتن در خلاء، تغییرات شدید دمایی و تابش فراوان، همچنان توانایی رشد خود را حفظ کردهاند. این یافتهها که با دقت علمی بالا ثبت شدهاند، بیانگر آن است که برخی گونههای گیاهی ابتدایی قابلیت سازگاری چشمگیری با شرایط فضایی دارند؛ قابلیتی که پیشتر تنها به صورت نظری مطرح بود. خزهها در طبیعت نیز به مقاومت بالا مشهورند و مشاهده چنین رفتاری در فضا میتواند پیامدهای مهمی برای تحقیقات زیستمحیطی و فضاپایه داشته باشد.
به گزارش رسانه اخبار فناوری تک فاکس، به گزارش یونیورس اسپیس تک، خزهها در روی زمین نیز قادرند در محیطهایی که اغلب برای رشد اغلب گیاهان غیرقابل تحمل است، زندگی کنند؛ از ارتفاعات سرد هیمالیا گرفته تا شنزارهای گرم دره مرگ و از مناطق یخزده جنوبگان تا بسترهای گدازهای آتشفشانهای فعال. پژوهشگران با الهام از همین سازگاریهای شگفتانگیز، ساختار اسپوروفیت خزه را که بخش تولیدمثلی حاوی هاگهای مقاوم است، به فضای بیرونی منتقل کردند تا توان واقعی آن را بسنجند. هدف این بود که بررسی شود آیا این مقاومت طبیعی در برابر سختترین محیط قابل تصور یعنی فضا نیز پابرجا خواهد ماند یا خیر، زیرا خزهها یکی از قدیمیترین گیاهان خشکیزی زمین هستند و مطالعه آنها میتواند اطلاعات ارزشمندی درباره تاریخ تکامل ارائه دهد.
نتایج پژوهش نشان داد که بیش از ۸۰ درصد هاگهای ارسالشده به فضا توانستهاند ۹ ماه قرارگیری مستقیم در شرایط خلاء و تابش فضایی را بدون از دست دادن توان تولیدمثل پشت سر بگذارند. این نخستین بار است که یک گیاه اولیه زمینی چنین دوره طولانی قرارگیری در معرض عناصر فضایی را تحمل کرده و همچنان زنده مانده است. تومومیچی فوجیتا، پژوهشگر دانشگاه هوکایدو و سرپرست تیم تحقیقاتی، توضیح میدهد که اکثر موجودات زنده، از جمله انسان، حتی در مواجهه کوتاهمدت با خلاء فضا نیز قادر به ادامه حیات نیستند. با این حال، هاگهای خزه پس از ماهها قرارگیری مستقیم در این محیط، همچنان سرزنده بازگشتند و این موضوع نشاندهنده وجود مکانیسمهای ویژه سلولی در گیاهان ابتدایی برای تحمل فشارهای شدید محیطی است.
برای بررسی دقیقتر عملکرد خزه در برابر شرایط سخت، تیم فوجیتا گونهای به نام فیسکومیتریوم پاتن را که به دلیل توانایی پخش شدن گسترده، یکی از شناختهشدهترین خزههای خاکی است، انتخاب کرد. این گیاه در معرض شبیهسازی آزمایشگاهی شرایط فضا قرار گرفت؛ شرایطی شامل تابش شدید فرابنفش و تغییرات دمایی از بسیار سرد تا بسیار گرم. پژوهشگران سه ساختار مختلف که در خزه هنگام مواجهه با استرس ایجاد میشوند را مورد ارزیابی قرار دادند تا مشخص کنند کدام بخش از چرخه حیاتی بیشترین توان بقا را دارد. نتایج اولیه نشان داد که تابش فرابنفش بزرگترین مانع بقا است و در مقابل، اسپوروفیتها مقاومترین ساختار خزه به شمار میروند.
بر اساس دادههای این تحقیق، خزههای جوان در مواجهه با تابش شدید فرابنفش یا دماهای بسیار بالا و پایین توان زنده ماندن نداشتند و از بین رفتند. سلولهای نوزاد عملکرد بهتری داشتند اما همچنان نسبت به هاگها بسیار آسیبپذیر بودند. در مقابل، هاگها مقاومت خیرهکنندهای نشان دادند و توانستند تابشی حدود هزار برابر بیشتر از حد تحمل ساختارهای دیگر گیاه را تحمل کنند. علاوه بر این، هاگها پس از قرار گرفتن یکهفتهای در دمای منفی ۱۹۶ درجه سلسیوس و نیز پس از یک ماه ماندن در دمای ۵۵ درجه سلسیوس، همچنان زنده مانده و توانایی جوانهزنی خود را حفظ کردند؛ رفتاری که پژوهشگران آن را یک سازگاری تکاملی ارزشمند ارزیابی میکنند.
پژوهشگران توضیح میدهند که ساختار محافظتکننده اطراف هاگ، مانند یک سپر طبیعی عمل کرده و تابش ماوراءبنفش را جذب میکند و به شکل فیزیکی و شیمیایی از آسیبدیدن هسته حیاتی هاگ جلوگیری میکند. این ویژگی احتمالاً همان سازگاری تکاملی است که به بریوفیتها، شامل خزهها، اجازه داده است حدود ۵۰۰ میلیون سال پیش از محیطهای آبی به خشکی منتقل شوند و از آن زمان تاکنون از چندین دوره انقراض دستهجمعی جان سالم به در ببرند. این سطح از پایداری در برابر عوامل سخت محیطی، نشاندهنده نقش کلیدی خزهها در درک تکامل گیاهان و احتمالاً یکی از دلایل بقای طولانی آنها روی زمین است.
برای بررسی اینکه آیا این سازگاری میتواند در محیط واقعی فضا نیز عملکرد مشابهی داشته باشد، پژوهشگران تصمیم گرفتند هاگها را به ارتفاعی بسیار بالاتر از استراتوسفر ارسال کنند. در مارس ۲۰۲۲، صدها اسپوروفیت با فضاپیمای سیگنوس انجی-۱۷ به ایستگاه فضایی بینالمللی منتقل شد. پس از ورود، فضانوردان این نمونهها را در بخش بیرونی ایستگاه نصب کردند تا مستقیماً با محیط فضای باز مواجه شوند. این نمونهها در مجموع ۲۸۳ روز در معرض خلاء و تابش فضایی قرار داشتند. در ژانویه ۲۰۲۳، با بازگشت فضاپیمای CRS-16 شرکت اسپیسایکس، نمونهها به زمین منتقل شدند و آزمایشهای گسترده بر روی آنها آغاز شد.
نتایج پس از بازگشت نمونهها نشان داد که بیش از ۸۰ درصد هاگها سفر فضایی را بدون آسیب جدی پشت سر گذاشتهاند. تنها ۱۱ درصد از مجموعه هاگها قادر به جوانهزنی نبودند و سایرین به طور موفقیتآمیز رشد کردند. پژوهشگران همچنین میزان کلروفیل موجود در هاگها را مورد بررسی قرار دادند و در همه نمونهها سطح طبیعی کلروفیل مشاهده شد، بهجز کاهش ۲۰ درصدی در کلروفیل a که نسبت به تغییرات نور مرئی حساستر است. با این حال، این کاهش تأثیری بر سلامت نهایی هاگها نداشت. به گفته فوجیتا، این نتایج بیانگر انعطافپذیری شگفتانگیز زندگی منشأگرفته از زمین و توانایی آن در تحمل شرایط بسیار سخت است.
تیم پژوهشی فوجیتا که مایل بود بداند هاگها چه مدت میتوانند در فضا زنده بمانند، با استفاده از دادههای بهدستآمده پیش و پس از سفر فضایی، یک مدل ریاضی جامع طراحی کرد. بر اساس این مدل، تخمین زده شد که هاگهای قرارگرفته در پوسته محافظ خود قادرند تا ۵۶۰۰ روز، معادل حدود ۱۵ سال، در شرایط واقعی فضا دوام بیاورند. با این حال، پژوهشگران تأکید میکنند که این رقم صرفاً یک براورد اولیه است و برای پیشبینی دقیقتر مدتزمان زندهمانی، به دادههای بیشتری از آزمایشهای بلندمدت و نمونههای گستردهتر نیاز است. آنها میگویند که این مدل میتواند پایهای برای بررسیهای آینده در حوزه زیستفناوری فضایی باشد.
پژوهشگران امیدوارند که نتایج این پروژه بتواند راه را برای بررسی قابلیتهای خاکهای فرازمینی در پشتیبانی از رشد گیاهان هموار کند و ایده استفاده از خزهها در توسعه سامانههای کشاورزی فضایی را گسترش دهد. به باور آنها، توان بالای سازگاری این گیاه در مقابل محیطهای سخت، آن را به یکی از گزینههای مناسب برای ایجاد اکوسیستمهای اولیه در ماه، مریخ و دیگر اجرام منظومه شمسی تبدیل میکند. فوجیتا نیز در پایان تأکید میکند که امیدوار است یافتههای این پژوهش بتواند افقهای تازهای در مسیر ساخت زیستبومهای پایدار فرازمینی بگشاید و مطالعه خزهها به نقطه آغاز توسعه فناوریهای زیستی در فضا تبدیل شود.