रियो डी जनेरियो की झील के बैक्टीरिया मंगल की रहने योग्यता की जांच में मदद करते हैं

शोधकर्ता इस बात का विश्लेषण कर रहे हैं कि क्या रियो डी जनेरियो के तट पर स्थित अति-खारा तालाब मंगल की सतह पर पाए जाने वाले रुक-रुक कर बनने वाले तालाबों के समान विशेषताएं रखता है। अंतरिक्ष अन्वेषण के सबसे आकर्षक प्रश्नों में से एक – कि क्या मंगल हमारे द्वारा ज्ञात जीवन को आश्रय दे सकता है – के उत्तर में सहायता करने के लिए, साओ पाउलो विश्वविद्यालय (USP) के रासायनिक संस्थान से जुड़ा एस्ट्रोबायोलॉजी प्रयोगशाला (AstroLab) के वैज्ञानिक स्टैफिलोकोकस नेपालेंसिस (Staphylococcus nepalensis) बैक्टीरिया का उपयोग करते हैं।

बैक्टीरिया और उसका चरम आवास

S. nepalensis, जिसे शुरू में 2003 में नेपाल के बकरियों की पाचन प्रणाली में खोजा गया था, बाद में घरेलू बिल्लियों के लार और रियो डी जनेरियो के अरारुआमा क्षेत्र में कुछ अति-खारे तालाबों सहित विभिन्न अन्य मेजबानों और वातावरणों में पाया गया, जहां नमक की सांद्रता समुद्री जल से अधिक है।

इसकी कठोर वातावरण में जीवित रहने की उल्लेखनीय क्षमता के कारण, इस बैक्टीरिया का अध्ययन उन प्रयोगों में किया जा रहा है जो मंगल की चरम स्थितियों की नकल करते हैं, जैसे कि मंगल की सतह पर क्षण भर के लिए दिखाई देने वाले छोटे, अत्यधिक खारे पानी के प्रवाह जिन्हें 'इंटरमिटेंट ब्राइन' कहा जाता है।

कठिन परिस्थितियों के प्रति प्रतिरोध का अध्ययन

यह विश्लेषण करना कि बैक्टीरिया उच्च नमक स्तरों और लवणता में अचानक परिवर्तनों का विरोध कैसे करता है, यह समझने की अनुमति देता है कि मंगल के क्षणभंगुर वातावरण, जैसे कि ये ब्राइन, सूक्ष्मजीवों के अस्तित्व के लिए न्यूनतम आवश्यकताओं को इकट्ठा कर सकते हैं या नहीं, जो ज्ञात जीवन के अधिकांश रूपों के लिए चरम स्थितियों के अनुकूल होते हैं।

2019 में, AstroLab से जुड़ा एक शोध समूह ने फ्लोरिआनोपोलिस तट (RJ) पर छह नगर पालिकाओं तक फैले तालाब परिसर के नमूनों में S. nepalensis का पता लगाया, जिसमें ग्रह का सबसे बड़ा स्थायी अति-खारा जल द्रव्यमान है। बैक्टीरिया विशेष रूप से ब्रेजो डो एस्पीन्हो तालाब में पाया गया, जो समुद्र से एक नहर द्वारा जुड़ा हुआ एक खारा जल निकाय है, जिसकी औसत गहराई कम है, जो 2 सेमी से 2 मीटर के बीच बदलती रहती है, जिससे साल भर लवणता में परिवर्तन बढ़ जाता है।

सूखे की अवधि के दौरान, नमक की सांद्रता काफी बढ़ जाती है, जबकि बरसात के मौसम में यह तेजी से गिर जाती है। S. nepalensis ने इस मौसमी उतार-चढ़ाव के प्रति इतनी प्रभावी अनुकूलन प्रदर्शित किया है कि यह मंगल की सतह जैसे अत्यंत शत्रुतापूर्ण स्थान पर सूक्ष्मजीव जीवन कैसे बना रह सकता है, इसका परीक्षण करने के लिए एक मूल्यवान मॉडल बन गया है।

मंगल पर लवणों की रसायन शास्त्र

सोडियम क्लोराइड हमारे ग्रह पर सबसे आम नमक है, साथ ही कैल्शियम कार्बोनेट, कैल्शियम सल्फेट और सोडियम बाइकार्बोनेट भी हैं। इनमें से कोई भी नमक कैओट्रोपी प्रदर्शित नहीं करता है, जो प्रोटीन और डीएनए जैसे महत्वपूर्ण मैक्रोमोलेक्यूल्स को अव्यवस्थित करने का गुण है, जिससे रासायनिक बंधों का विनाश और जैविक कार्य का नुकसान होता है।

इसके विपरीत, मंगल की लवण संरचना अलग है। 2008 से, फीनिक्स मिशन के माध्यम से, यह ज्ञात है कि मंगल की सतह में परक्लोरेट्स की पर्याप्त मात्रा मौजूद है, जो पृथ्वी पर असामान्य नमक हैं। मंगल पर मौजूद कैल्शियम, मैग्नीशियम और सोडियम परक्लोरेट्स अत्यधिक कैओट्रॉपिक होते हैं। हालांकि, इन लवणों की एक विशेषता आशावाद प्रदान करती है: परक्लोरेट्स, विशेष रूप से मैग्नीशियम और कैल्शियम के, हाइग्रोस्कोपिक होते हैं, जो पानी के अणुओं को आकर्षित करते हैं और जलीय घोल के हिमांक बिंदु को काफी कम कर देते हैं।

यह मंगल की सतह पर ब्राइन के निर्माण का पक्ष ले सकता है, जहां औसत तापमान लगभग -60 डिग्री सेल्सियस है, जो ध्रुवों पर -150 डिग्री सेल्सियस और मंगल के भूमध्य रेखा के पास +20 डिग्री सेल्सियस तक भिन्न हो सकता है। यहां तक कि छोटी और रुक-रुक कर मात्रा में, यह अति-खारा तरल पानी ग्रह के गर्मियों के दौरान मौजूद हो सकता है, जो वहां किसी प्रकार के जीवन के बने रहने की संभावना के लिए एक उत्साहजनक डेटा है। इसके अतिरिक्त, चिली के अटाकामा रेगिस्तान में पाए जाने वाले चरमपंथी परक्लोरेट्स का उपयोग ऊर्जा स्रोत के रूप में करते हैं, और इस रेगिस्तान को मंगल के अनुरूप वातावरण के रूप में देखा जाता है।

लाल ग्रह पर ग्रीष्मकालीन चक्र

AstroLab के शोधकर्ताओं का समूह यह जांच कर रहा है कि S. nepalensis मंगल की स्थितियों के अनुकूल कैसे हो सकता है, परक्लोरेट्स के प्रभावों से निपटने के लिए अपनी तंत्र का लाभ उठाते हुए। ध्यान मंगल के ग्रीष्मकालीन रुक-रुक कर ब्राइन के चक्रों पर सूक्ष्मजीव की प्रतिक्रिया को समझने पर है, जो रात में जम जाते हैं और दिन के दौरान तरल अवस्था में लौट आते हैं।

मंगल के ब्राइन स्थिर नहीं होते हैं। दिन के तापमान में वृद्धि के साथ, पानी पिघल जाता है, जिससे यह जैविक रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए अधिक सुलभ हो जाता है। साथ ही, तरल पानी की अधिक उपस्थिति ब्राइन में जमा नमक को पतला कर देती है। रात में और सतह के तापमान में कमी आने पर, इसके विपरीत होता है: घोल जम जाते हैं, उपलब्ध तरल पानी को कम करते हैं और बर्फ में निर्जलीकरण और नमक की सांद्रता में वृद्धि को बढ़ावा देते हैं। यह अस्थिरता थोड़े समय के लिए ज्ञात जीवन के लिए महत्वपूर्ण जैविक चुनौतियां पेश करती है।

'समर ऑन मार्स' के रूप में अनौपचारिक रूप से पुकारे गए प्रयोगों के परिणाम यह संकेत दे सकते हैं कि फ्लोरिआनोपोलिस तालाब में देखी गई S. nepalensis की अनुकूली लचीलापन मंगल की पर्यावरणीय तनावों के अनुकूलन का मार्ग प्रदान कर सकती है।

आनुवंशिक तंत्र और अनुकूलन

लवणता में बड़े बदलावों के प्रति सहनशीलता के अलावा, S. nepalensis का अध्ययन स्टैफिलोकोकस ऑरियस (S. aureus) में एंटीबायोटिक प्रतिरोध के जीन के क्षैतिज स्थानांतरण को करने की इसकी क्षमता के लिए भी किया जाता है, जो मनुष्यों और अन्य जानवरों की त्वचा और श्वसन पथों में मौजूद एक ही वंश का एक प्रजाति है।

S. nepalensis के विपरीत, S. aureus गंभीर संक्रमण पैदा कर सकता है और कुछ मामलों में इसकी घातक प्रकृति के कारण अनुसंधान का विषय रहा है। क्षैतिज जीन स्थानांतरण विशेष रूप से चिंताजनक है, क्योंकि यह मौजूदा उपचारों के प्रति S. aureus के प्रतिरोध को बढ़ा सकता है। यह तंत्र एक ही पीढ़ी के भीतर होता है, जिससे कई पीढ़ियों की आनुवंशिक विरासत पर निर्भर हुए बिना नई विशेषताओं का अधिग्रहण संभव होता है, जिससे चयनात्मक पर्यावरणीय दबावों के अनुकूलन में तेजी आती है।