خزههایی که از فضا جان سالم به در بردند؛ آزمایش ۹ماهه دانشمندان نتیجهای باورنکردنی داشت
خزههایی که از فضا جان سالم بهدر بردند؛ راز شگفتانگیز زیست در خلا و امید تازه برای کشاورزی مریخ
(تحلیل علمی بر پایه دادههای پژوهش دانشگاه هوکایدو – انتشار در ژورنال iScience)
وقتی مرز میان علم و زندگی دوباره تعریف میشود
در دنیایی که انسان با سرعتی بیسابقه در حال گسترش مرزهای دانش و فضاست، پرسش بنیادین همیشه یکی است: آیا زندگی میتواند در جایی جز زمین دوام بیاورد؟
از زمانی که اولین فضانورد قدم در مدار زمین گذاشت، این سؤال ذهن دانشمندان زیستفضایی را تسخیر کرده است. پاسخها گوناگون بودهاند — از میکروبهایی که در قطبین زمین دوام میآورند تا باکتریهایی که در راکتها زنده بازمیگردند. اما حالا موجودی سبز و ساده، فصل تازهای در این داستان گشوده است: خزه.
در نگاه نخست، خزهها تنها گیاهانی کوچک و نرماند که در میان سنگها یا دیوارهای نمناک رشد میکنند؛ اما همین گیاه فروتن، که از نخستین ساکنان زمین خشک بود، با مقاومت بینظیرش بار دیگر خبرساز شده است.
دانشمندان ژاپنی در یک آزمایش جسورانه، اسپورهای خزه را ۹ ماه تمام در بیرون بدنه ایستگاه فضایی بینالمللی (ISS) رها کردند تا ببینند آیا این موجود کوچک میتواند در محیطی که حتی فلز هم کمکم میسوزد، زنده بماند یا نه. نتیجه؟ فراتر از تصور بود.
آغاز ماجرا: ایدهای که از دل طبیعت زاده شد
پروفسور تومومیچی فوجیتا از دانشگاه هوکایدو وقتی به مقاومت خزهها در قطب جنوب و قلههای هیمالیا نگاه میکرد، به پرسشی ساده و در عین حال انقلابی رسید:
«اگر خزهها میتوانند در خشکترین، سردترین و گرمترین نقاط زمین زنده بمانند، آیا در فضا هم توان مقاومت دارند؟»
پاسخ علمی به چنین پرسشی نیازمند آزمایشی واقعی در مدار زمین بود. فضا منطقهای است با تابش شدید فرابنفش (UV‑C)، خلا کامل، اختلاف دما از منفی ۱۸۰ تا مثبت ۱۲۰ درجه و پرتوهای کیهانی. هیچ سلول زندهای بدون سازوکار ویژه نمیتواند بیش از چند دقیقه در آن دوام آورد.
با این حال، اسپور خزه ساختاری دارد که شاید برای همین مأموریتهای غیرممکن تکامل یافته باشد.
مرحله نخست: شبیهسازی فضا در آزمایشگاه
پژوهشگران ابتدا گونهای خزه به نام Physcomitrium patens (خزهی کپسولدار لابراتواری) را انتخاب کردند. این گونه به دلیل چرخه زندگی کوتاه، ژنوم توالییافته و مقاومت بالا، یکی از مدلهای اصلی مطالعات گیاهشناسی است.
در مرحله اول روی زمین، نمونههایی از اسپورهای محصورشده (اسپوروفیتها) در دستگاهی با شرایط شبیه محیط بیرونی فضا قرار گرفتند:
- دمای بسیار بالا تا ۵۵ درجه سانتیگراد برای یک ماه،
- سرمای بسیار شدید تا منفی ۱۹۷ درجه سانتیگراد برای یک هفته،
- تابش UV معادل سهبرابر سطح زمین،
- و خلا تقریباً کامل.
برخلاف انتظار، درصد بالایی از اسپورها پس از خروج از این آزمایشها همچنان قادر به جوانهزنی و رشد بودند. این موفقیت زمینهساز گام بعدی شد: سفر واقعی به فضا.
مرحله دوم: مأموریت مدار زمین
در مارس ۲۰۲۲، صدها نمونه از اسپوروفیتهای خشک شدهی این خزه توسط فضاپیمای باری شرکت نورثروپ گرومن به ایستگاه فضایی بینالمللی ارسال شد.
فضانوردان پس از دریافت محموله، آنها را درون محفظهای مخصوص بر روی بدنه بیرونی ایستگاه نصب کردند؛ جایی که مستقیماً در معرض تابش خورشید، پرتوهای یونی و ذرات میکرومتیوریتهاست. هیچ حفاظی میان خزه و فضای بیانتها وجود نداشت.
این وضعیت به مدت ۲۸۳ روز (حدود ۹ ماه) ادامه یافت. در ژانویه ۲۰۲۳، در قالب مأموریت باری اسپیسایکس CRS‑27، نمونهها به زمین بازگردانده شدند تا بررسی شوند.
یافتهها: زندگی در لبه نابودی
تحلیلهای میکروسکوپی و مولکولی نتایج حیرتانگیزی نشان دادند:
- بیش از ۸۰ ٪ از اسپورها کاملاً زنده باقی مانده بودند.
- حدود ۹۰ ٪ از همین اسپورها پس از قرار گرفتن در محیط کشت روی زمین، جوانه زدند و چرخه طبیعی رشد را ادامه دادند.
- ساختارهای دیواری اسپور هیچ آسیب جدی نشان ندادند.
- ترکیبات دفاعی درون سلولها، مانند پروتئینهای Late Embryogenesis Abundant (LEA) و پلیساکاریدهای خاص، در برابر خشکشدگی و تابش فعال شده بودند.
به بیان فوجیتا:
«ما فکر میکردیم شاید فقط چند درصد خزهها بقا پیدا کنند، اما وقتی درصد زندهمانی بالای ۸۰ درصد را دیدیم، واقعاً شوکه شدیم. این نتیجه ثابت میکند که درون سلولهای خزه سازوکارهایی ذاتی برای مقاومت فضایی وجود دارد.»
سازوکار بقا: چگونه یک سلول میتواند فضا را تحمل کند؟
تحلیل ژنتیکی و اسپکتروسکوپی نشان داد که لایه بیرونی اسپور خزه حاوی مقادیر زیاد بیوپلیمرهای فنیلیک و رنگدانههایی مانند کاروتنوئیدها است که بهصورت طبیعی پرتوهای فرابنفش را جذب کرده و از DNA محافظت میکنند.
همچنین خاصیت خشکزیستی (Desiccation Tolerance) این گیاه باعث میشود در شرایط بیآب، فعالیتهای متابولیکی بهصورت معلق درآیند؛ درست مانند قرار گرفتن در خواب زمستانی سلولی. پس از بازگشت رطوبت، همه فرآیندها دوباره فعال میشوند — درست همان اتفاقی که بعد از بازگشت به زمین رخ داد.
از دید زیستشناسی تکاملی، این سازگاریها احتمالاً میلیونها سال پیش در پاسخ به شرایط بیرحم دوران پیشاکمبری شکل گرفتهاند، زمانی که لایه ازن هنوز کامل نبود و تابشهای فرابنفش به سطح زمین نفوذ میکرد.
بازخوانی تاریخی: خزهها، نخستین فاتحان خشکی
حدود ۴۵۰ میلیون سال پیش، گیاهان نخستین برای نخستینبار از محیط آبی به سطح زمین آمدند. خزهها از بازماندگان مستقیم همان دوراناند. این گیاهان کوچک بدون ریشههای حقیقی، بافتهای آوندی پیشرفته و پوشش چوبی نبودند، اما توانستند میان سنگها و زمینهای خشک زنده بمانند.
مقاومت خزه در برابر خشکی، تابش و انجماد حاصل قرنها تکامل ژنهایی است که اکنون دانشمندان را در پروژههای فضایی یاری میدهد. پژوهش اخیر در واقع نوعی «بازسازی تاریخ تکامل» در شرایطی فراتر از زمین بود.
از تخیل تا واقعیت: از سیبزمینی مریخی تا خزهی فضایی
در فیلم علمی–تخیلی «The Martian»، قهرمان داستان (با بازی مت دیمون) برای بقا در مریخ سیبزمینی کاشت و از پسماند انسانی به عنوان کود استفاده کرد.
پژوهش فوجیتا و همکارانش حالا وجهی واقعی به چنین داستانهایی میبخشد. اگر گیاهی بتواند ۹ ماه در خلأ فضا زنده بماند و پس از بازگشت، جوانه بزند، شاید روزی بتوانیم از همین گونهها برای آغاز زیست در سیارات دیگر استفاده کنیم.
گامی به سوی کشاورزی فرازمینی
یکی از چالشهای اصلی استقرار انسان در ماه یا مریخ، نبود خاک زنده و اکوسیستم زیستی است. برای تبدیل سنگ و خاک بیجان به بستری قابلکشت، باید چرخهای حیاتی از میکروارگانیسمها و گیاهان پیشگام شکل بگیرد.
خزهها میتوانند نخستین بازیگران این سناریو باشند:
- در شرایط سخت رشد میکنند و به آبیاری اندک نیاز دارند؛
- قادرند با ترشح ترکیبات آلی، سنگ و خاک را به ذرات ریزتر و غنیتر تبدیل کنند؛
- سطح را برای اسکان سایر گیاهان آماده سازند.
بهعبارتی، خزهها میتوانند «زیربنای اولیه اکوسیستم مریخی» باشند. این همان مفهومی است که زیستسیارهشناسان از آن با عنوان Terraforming by Bryophytes یاد میکنند.
مقایسه با میکروارگانیسمهای فضانورد
پیشتر نیز گونههایی از تاردیگریدها (خرسهای آبی)، باکتریهای Deinococcus radiodurans و قارچهای سیاه اطراف چرنوبیل در معرض محیط فضا قرار گرفته بودند.
اما تفاوت مهم این مطالعه در آن است که برای نخستینبار گیاهی چندسلولی با ساختار تولیدمثلی کامل در بیرون ایستگاه فضایی آزمایش شد. تاردیگرید و باکتریها واحدهایی میکروسکوپیاند؛ اما خزه ساختاری پیچیدهتر دارد و توانایی بازتولید چندنسلی. بنابراین این موفقیت، سطح جدیدی از درک ما از حد تحمل حیات را آشکار میکند.
نتایج کاربردی در زیستفناوری و مهندسی فضایی
پژوهش در ژورنال علمی iScience (Cell Press) منتشر شده و میتواند به پروژههای زیر جهت دهد:
- طراحی سپرهای زیستی طبیعی با الهام از دیواره اسپور خزه برای محافظت سلولها یا داروها در سفرهای طولانی فضایی.
- برنامههای ژنتیکی مهندسی گیاهان مقاوم جهت کشاورزی در محیطهای فوقخشک یا پرتوزا.
- ایجاد زیستگاههای خودترمیمشونده در ماه یا مریخ، جایی که گیاهان بتوانند نقش فیلتر اکسیژن و تثبیتکننده سطح را ایفا کنند.
طبق مدلهای شبیهسازیشده، انتظار میرود برخی گونههای خزه بتوانند تا ۱۵ سال در فضا دوام بیاورند بدون آنکه بهطور کامل نابود شوند.
گفتوگوی علمی با دکتر فوجیتا
«این یافتهها برای ما پیام فلسفی عمیقی دارد؛ شاید راز تداوم حیات در کیهان درون همین سلولهای کوچک نهفته باشد. درک مقاومت خزهها به ما میآموزد که تکامل چگونه با بیرحمی فضا کنار آمده است.»
وی افزوده است:
«هدف نهایی ما بررسی امکان ساخت اکوسیستمهای مینیاتوری در مدار پایین زمین و سپس روی ماه است. خزهها میتوانند نخستین سنگ بنای این اکوسیستم باشند.»
پشتصحنه فنی مأموریت
پایش وضعیت نمونهها در حین اقامت فضایی از طریق حسگرهای حرارتی و دوزیمترهای تابشی انجام شد. میانگین دریافت تابش کل طی ۹ ماه، ۱ کیلوگری در ثانیه و دمای سطح بین منفی ۱۴۰ تا مثبت ۱۰۰ درجه نوسان داشت.
مواد ساخت محفظه از آلیاژ آلومینیوم و کوارتز شفاف بود تا تابش مستقیم فرابنفش شبیه شرایط واقعی سطح ماه باشد. بازگشت ایمن محمولهها توسط کاپسول دراگون اسپیسایکس انجام شد و نمونهها تنها ۴۸ ساعت بعد به آزمایشگاه دانشگاه هوکایدو رسیدند.
پاسخ به پرسش بزرگ: آیا حیات میتواند میان سیارات جابهجا شود؟
پدیدهای که از آن به عنوان پانسپرمی (Panspermia) یاد میشود، فرض میکند که حیات میتواند از سیارهای به سیاره دیگر منتقل شود.
توانایی خزه برای تحمل شرایط بیرونی فضا، به نوعی شاهد تجربی بر این ایده است: ممکن است در گذشته، برخورد شهابسنگی تکههایی از گیاهان یا میکروارگانیسمهای زمینی را به فضا پرتاب کرده باشد و آنها تا رسیدن به جرم آسمانی دیگر زنده مانده باشند.
هرچند هنوز این فرضیه اثبات نشده، اما آزمایش خزهها نخستین داده تجربی در مقیاس گیاهان چندسلولی را فراهم میآورد.
نتیجهگیری: وقتی امید سبز، فراتر از زمین میروید
از دل سالها پژوهش و تخیل، اکنون تصویری واقعی در برابر ماست:
گیاهانی کوچک اما خارقالعاده که نهتنها در سختترین شرایط سیارهمان زنده ماندهاند، بلکه در فضا نیز تاب آوردهاند. این نتیجه یادآور چیزی است که کارل ساگان زمانی گفت: «زندگی راهی برای ادامه دارد، هرجا که بتواند.»
آزمایش خزههای ژاپنی در فضا اثبات میکند که حیات زمینی شاید بیش از آنچه تصور میکردیم نیرومند و انعطافپذیر است. اگر کوچکترین اسپور بتواند در خلأ و دوزهای مرگبار تابش زنده بماند، شاید روزی بذرهای زندگی بتوانند در دل سنگهای سرخ مریخ نیز جوانه بزنند.
🧠 بخش پرسشهای متداول (FAQ)
۱. چرا خزهها برای آزمایشهای فضایی انتخاب شدند؟
زیرا خزهها از کهنترین گیاهان خشکی هستند و بهطور طبیعی در برابر خشکی، تابش و انجماد مقاومت بالایی دارند. ساختار ساده و چرخه زندگی کوتاه نیز آنها را برای مطالعات ژنتیکی ایدهآل میکند.
۲. میزان زندهمانی خزهها در فضا چقدر بود؟
بر اساس نتایج رسمی دانشگاه هوکایدو، بیش از ۸۰ ٪ اسپورها پس از ۹ ماه اقامت در بیرون ایستگاه فضایی بینالمللی زنده ماندند و نزدیک به ۹۰ ٪ از آنها بعد از بازگشت به زمین مجدداً جوانه زدند.
۳. این پژوهش چه کاربردهایی در آینده دارد؟
از توسعه سامانههای کشاورزی فضایی و طراحی زیستگاههای پایدار روی ماه و مریخ گرفته تا الهام در مهندسی زیستی برای ساخت گیاهان مقاوم به تابش، همگی از نتایج مستقیم این مطالعهاند.
۴. آیا خزه میتواند واقعاً روی مریخ رشد کند؟
هنوز قطعی نیست، اما با ایجاد شرایط کنترلشده شامل فشار جو اندک و دمای متعادلتر، احتمال جوانهزنی گونههای خاص خزه وجود دارد. پژوهشهای تکمیلی در راه است.
۵. این آزمایش چه تفاوتی با مطالعات تاردیگریدها دارد؟
درحالیکه تاردیگریدها ارگانیسمهای میکروسکوپیاند، خزهها موجوداتی چندسلولی با چرخه تولیدمثل پیچیدهاند. بقای آنها در فضا سطحی جدید از مقاومت زیستی را آشکار میکند.
۶. اهداف بعدی تیم پژوهشی چیست؟
طبق اعلام فوجیتا، مرحله بعد شامل ایجاد «اکوسیستم مینیاتوری خزه و جلبک» در مدار پایین زمین و سپس آزمون در پایگاه قمری برنامه آرتمیس است.
https://farcoland.com/7OBxTw
کپی آدرس
