시뮬레이션된 화성 환경 조건에서 이끼류 Xanthoria parietina의 생존 가능성

Sep 25, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4893(2023) 이 기사 인용

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Xanthoria parietina (L.) Th. 정말로. 2차 지의류 물질인 파리에틴(parietin) 덕분에 자외선에 대한 높은 내성을 보이는 널리 퍼져 있는 엽상 지의류입니다. 우리는 X. parietina의 샘플을 시뮬레이션된 화성 조건에서 30일 동안 노출하여 생존 가능성을 조사했습니다. 이끼류의 활력은 광합성의 활성 빛 반응을 나타내는 엽록소 형광을 통해 현장 및 처리 후 분석을 수행하여 모니터링되었습니다. 라만 분광법과 TEM을 사용하여 각각 카로티노이드 보존과 광생물체 미세구조의 가능한 변화를 평가했습니다. UV 조사 샘플과 어두운 상태로 보관된 샘플 사이의 광효율에서 상당한 차이가 관찰되었습니다. 형광 값은 온도 및 습도의 낮-밤 주기와 상관 관계가 있습니다. 광효율 회복은 UV 조사가 광합성 광반응에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 라만 분광법은 UV 노출 샘플의 카로티노이드 신호가 노출 후 크게 감소한 것으로 나타났습니다. TEM 관찰을 통해 UV에 노출된 샘플이 처리에 의해 가장 큰 영향을 받는 것으로 확인되었으며, 이는 광생물체 세포의 엽록체 해체를 보여줍니다. 전반적으로 X. parietina는 시뮬레이션된 화성 조건에서 생존할 수 있었으며 이러한 이유로 우주 장기 공간 노출 및 parietin 광분해성 평가를 위한 후보로 간주될 수 있습니다.

유럽 우주생물학 로드맵(AstRoMap 프로젝트)에서 제안한 두 가지 뜨거운 우주생물학적 주제는 시뮬레이션/실제 극한 환경에서의 생명의 한계에 대한 연구와 지구에서 현재/과거 생명체의 바이오마커를 나타낼 수 있는 특정 생체분자에 대한 연구입니다. 생물권1. 스트레스가 많은 환경에서 생명의 한계를 조사하면 극한 조건이 생물학적 샘플에 미치는 생리학적, 생화학적 영향을 탐색할 수 있습니다2. 지난 30년 동안 생물학자들은 매우 극단적이고 황량한 서식지가 생명체를 지탱할 수 있다는 것을 깨달았습니다3. 중요한 조건에서 생존할 수 있는 극한생물과 먼저 식민지화 환경을 형성하는 선구자 종에 대한 연구는 우주생물학의 발전에 결정적인 역할을 했습니다4,5. 그중 이끼류는 지구상의 가장 극단적인 서식지에서 번성하고 생존하는 것으로 입증되었습니다3,6,7,8,9,10. 따라서 이러한 유기체의 생태 생리학은 기후 변화, 과거(및 미래) 육상 지질 시나리오11 및 화성 표면 및 외계 행성과 같은 외계 서식지의 관점에서 잠재적인 적응 가소성에 대한 징후를 제공할 수 있습니다.

몇몇 연구에서는 우주 및 화성과 같은 조건에 노출되었을 때 이끼류의 저항성이 입증되었습니다. 극한 조건에 대한 지의류의 높은 저항성은 주요 생태 생리적 특징(다수증 및 무수증)과 대사 과정(2차 지의류 물질 생산) 때문입니다. BIOPAN 실험에서는 Rusavskia elegans (Link) SY Kondr. & Kärnefelt (2003), Rhizocarpon geographicum (L.) DC. 스키. Circinaria fruticulosa (Eversm.) Sohrabi(2012) 샘플은 우주에서 10~14일 동안 생존하여 대사가 활발하고 노출 후에도 자랄 수 있습니다8,12,13,14,15,16,17. LIFE 실험은 1.5년 동안 다양한 생물학적 샘플을 우주에 노출시키는 것을 목표로 했습니다. Rusavskia elegans는 테스트된 다른 종에 비해 비행 후 광합성 효율 측정에서 높은 회복을 보여주었습니다.

반면, 지상 기반 실험을 통해 극한 조건을 시뮬레이션하고 현장에서 또는 처리 직후 유기체의 생존 가능성 매개변수를 모니터링할 수 있습니다3,6. Pleopsidium clophanum(Wahlenb.) Zopf는 독일 항공우주 센터(DLR Berlin, Germany)20의 화성 시뮬레이션 시설에서 화성 틈새 조건에서 테스트되었습니다. 결과는 화성 틈새 환경에 노출된 34일 동안 이끼류가 생리학적으로 적응하고 광합성을 증가시키는 능력을 확인했습니다. 대신, C. fruticulosa는 화성 시뮬레이션 시설에서 30일 동안 화성 틈새 및 표면과 같은 조건 모두에서 생리학적 활성을 노출시켰으며19 틈새 샘플만 생존 반응을 보였습니다. 지의류에 대한 위험한 이온화 방사선 영향을 조사하기 위해 일본 치바에 있는 국립 방사선 과학 연구소(NIRS)에서 건조된 R. elegans thalli를 조사했습니다. 결과는 상당한 광효율 감소를 나타냈지만 적용된 증가량과 상관관계가 없었으며 이는 무수생물학적 탈리의 높은 생존 능력을 시사합니다.

20). Class 2 spectra have a medium/low SNR with the 1000 cm−1 peak fading (5 < SNR < 20). Class 3 spectra are classified by null/non-detectable peaks (SNR < 5)47. The peaks’ features of FM samples spectra and DM samples spectra—the height or amplitude (Amp), the width at half height (w) and the peak position on the wavenumber (x)—were retrieved from the class 1 spectra (SNR > 20) by fitting the resulting averaged spectrum by using a Lorentz function46. Lorentzian fit was performed on the Project FIVE 5.0 software (WITec Suite FIVE)./p> 20 spectra (see "Raman spectroscopy" paragraph). Specific dataset consisting of the before/after feature's values were separated by treatment. Each dataset was analyzed with one-way ANOVA to verify eventual significant difference between before and after the exposure features’ values. Welch Two Sample t-test was performed on the datasets too for one-way ANOVA proofing. The non-parametric Kruskal–Wallis test was performed—instead of ANOVA—when carotenoids peaks’ feature values were not distributed normally./p> 20 (see "Materials and Methods" section). A non-parametric Kruskal–Wallis test was performed for all the FM carotenoids peaks’ position values (x) and for the DM 1515 cm−1 position values (x) because data were not normally distributed. The average carotenoid peaks’ features (Amp, w and x)—before and after the exposure—are reported in Tables S6 and S7. Figure S3 shows the 1000 cm−1 peak's features compared before/after the exposure for both the treatments FM (on the left) and DM (on the right). In FM samples, Amp, w and x differences were significant (p < 0.001, Tables S8 and S9). In DM samples, w and x differences were both significant (p < 0.001, Tables S8 and S9), but Amp difference was not (Table S8). Fig. S4 shows the 1150 cm−1 peak's features (Amp, w and x) compared before/after the exposure for both the treatments FM (on the left) and DM (on the right). In FM samples, Amp and x differences were significant (p < 0.001, Table S8 and Table S9), but w difference was not highly significant (p < 0.05, Table S8). In DM samples, Amp (p < 0.1), w (p < 0.05) and x (p < 0.05) differences were not highly significant (Tables S8 and S9). Fig. S5 shows the 1515 cm−1 peak features (Amp, w and x) compared before/after the exposure for both the treatments FM and DM. In FM samples, Amp, w and x differences were significant (p < 0.001, Tables S8 and S9). In DM samples, Amp difference was not highly significant (p < 0.1, Table S8), w difference was significant (p < 0.001, Table S8) and x difference was not significant (Table S9)./p>

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