ekopoieza marsa – priloŽnosti in ovire, ki jih predstavlja inŽeniring novega ekosistema iz...

UNIVERZA V LJUBLJANI

BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ODDELEK ZA BIOLOGIJO

Nejc DRAGANJEC

EKOPOIEZA MARSA – POT OD PUŠČAVSKO RDEČE DO DOMAČE

ZELENICE PRILOŽNOSTI IN OVIRE, KI JIH PREDSTAVLJA INŽENIRING NOVEGA EKOSISTEMA IZ

VIDIKA PRIMERJAVE MED POZNANIMI SIMBIOZAMI EKSTREMOFILOV

Seminarska naloga pri predmetu Uvod v odnose med organizmi

(Mentor: prof. dr. Rok Kostanjšek)

Ljubljana, 21. 12. 2012

2

Draganjec N. Ekopoieza Marsa – pot od puščavsko rdeče do domače zelenice.

Seminarska naloga. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za biologijo, 2012

POVZETEK:

Bistveni korak ustvarjanja novega okolja, primernega za poselitev ljudi, je načrtna

vzpostavitev stabilnega ekosistema (ekopoieza). Odnosi med organizmi v stabilnem

ekosistemu so kompleksni in težko predvidljivi, dodatno pa ekopoiezo otežujejo še ekstremni

okoljski pogoji, ki ožijo nabor potencialnih kandidatov in s tem biološko pestrost. Ekstremna

okolja na Zemlji ponujajo nekaj odgovorov in nakazujejo, da se tudi v ekstremnih razmerah

spletejo trdne simbiotske naveze, ki simbiontom celo omogočajo preživetje. V nalogi je

raziskan potencial lišajev za ekopoiezo v Marsovih okoljskih razmerah.

KLJUČNE BESEDE:

teraformiranje, ekopoieza, ekstremofili, lišaji, Mars, eksobiologija, simbioza

VPRAŠANJA IZ SNOVI:

1. Kaj je ekopoieza in kako poteka?

2. Kateri so ključni okoljski pogoji, ki omogočajo življenje, kot ga poznamo na Zemlji?

3. Kateri organizem bi nam lahko predstavljal model pri iskanja življenja izven

zemeljske biosfere in zakaj je pri preživetju v ekstremnih pogojih tako uspešen?

3



VSEBINA

1 Uvod .................................................................................................................................... 4

1.1 Ekopoieza .................................................................................................................... 4

1.2 Vedno ta Mars ............................................................................................................. 5

2 Ekstremna okolja in Mars na Zemlji ................................................................................... 8

2.1 Ekstremna visokogorja ................................................................................................ 8

2.2 Permafrost .................................................................................................................... 8

2.3 Visokogorske in arktične puščave ............................................................................... 8

2.4 Tekma za poselitev ...................................................................................................... 9

3 Lišaji – simbioza, pripravljena za Mars ............................................................................ 11

4 Vizija nadaljnjega raziskovanja ........................................................................................ 14

5 Viri .................................................................................................................................... 16

4



1 UVOD

Populacija ljudi se nenehno povečuje in bo v 21. stoletju neizbežno presegla 10 milijard, tudi

v primeru, da bi rodnost in umrljivost izenačili z današnjim dnem in s tem odvzeli naravni

prirast. Hkrati s tehnološkim razvojem eksponentno narašča tudi potreba po energiji in

izčrpavanju naravnih bogastev. Zmožnosti Zemlje tako postajajo iz dneva v dan večji

problem. Rešitev trajnostnega preživetja s poselitvijo našega osončja je prisotna v popularni

in znanstveni kulturi že stoletja, vendar do nedavnega bolj kot predmet znanstveno-fantastične

literature ali populističnega napovedovanja in ugibanja daljnje prihodnosti. S hitrim razvojem

tehnologije v 20. stoletju in okoljskimi problemi, ki so nam zaželeli dobrodošlico v 21.

stoletje, pa so še nedavno šaljive ideje dobile zelo resen znanstveno-raziskovalni pomen.

Sicer novega ''dvorišča'' res ne potrebujemo že jutri in se bomo verjetno lahko z malo

varčnosti in obnovljivosti naravnih virov na domačem vrtu povsem udobno preživljali še kar

nekaj generacij. Toda glavni izziv ustvarjanja novega prostora, primernega za poselitev ljudi,

je ravno v ekstremno dolgih dobah, ki so potrebne za tako gromozanski projekt. Stoletje (in

verjetno še precej dlje) dolg proces pa zahteva tudi zgodnje načrtovanje. In v luči tega

dolgega trajanja in hkrati hitrih sprememb ter izčrpavanja trenutno dosegljivih virov se

sprašujem, ali imamo resnično toliko časa, da si lahko privoščimo odlašanje.

V tej nalogi bom predstavil rezultat raziskovalnega dela, ki ta trenutek že intenzivno poteka.

Prav tako bom raziskal lastno hipotezo, da v zemeljskih ekosistemih že obstajajo združbe

organizmov, ki so že primerne za prvi korak ekopoieze. Zaključil pa bom s predlogi in

smernicami za nadaljnje delo.

1.1 EKOPOIEZA

Po definiciji je ekopoieza vzpostavitev umetno sestavljenega, a stabilnega in samozadostnega

ekosistema na planetu brez življenja (Fogg, 1998). Je neizbežni del procesa teraformiranja. V

katerem delu nastopi, v samem začetku ali le kot zaključni korak, pa je v veliki meri odvisno

od začetnih okoljskih pogojev, avtorja in postopka, ki ga za teraformiranje planeta predlaga.

Avtorji, ki izhajajo iz bolj mehanskega, industrijskega ali fizikalnega stališča, se običajno

nagibajo k bolj industrijskemu pristopu in načrtnim mehanskim spremembam. Pri takih

avtorjih je vzpostavitev stabilnega ekosistema le zaključek del, kot je npr. sejanje trave

5



zaključek del na gradbišču (McKay in Marinova, 2001; Gerstell, et al., 2001; Fogg, 1998;

Fogg, 1993).

Avtorji, ki izhajamo iz bolj naravoslovnega stališča, pa v ekopoiezi vidimo ne le ''estetsko

vrtičkanje'', ampak se zavedamo velikega potenciala in moči, ki ga prinaša eksponentno

naraščajoče sinergistično delovanje rastoče biosfere na abiotični del ekosistema (Cockell,

2010; Graham, 2004; Graham, 2003; Miller, 1998; McKay, 1991).

Ekopoieza običajno poteka v 4 korakih. V prvem koraku zaporedja se v litosfero, hidrosfero

in/ali atmosfero uvede kolonizacijske organizme. Potencialni kandidati morajo ustrezati

mnogim pogojem. Običajno so to pionirski organizmi, ekstremofili, ki so se sposobni spopasti

s težkimi pogoji neživega okolja, katerega pogoji bodo v začetku ekopoieze močno nihali.

Prav tako morajo biti prvi člen prehranjevalne verige. To so organizmi, ki za svoje preživetje,

rast in razmnoževanje ne potrebujejo organskih hranil (Graham, 2003). Torej pridejo v poštev

le avtotrofni metabolizmi, med njimi najbolj izstopajoča kemo-lito avtotrofija in foto-

avtotrofija. V kolikor ekopoiezo privzamemo kot sredstvo teraformiranja in ne le kot

krajinsko arhitekturo, morajo kandidati prinašati tudi korist k okolju. Korist iz našega –

antropocentričnega vidika teraformiranja. S svojo prisotnostjo morajo utrjevati neprimerne

površine, spreminjati atmosferske pogoje in plinsko sestavo, zagotavljati organski material in

hrano za organizme druge stopnje kolonizacije (Cockell, 2010; Graham, 2003).

Predmet te seminarske naloge bo prvi korak ekopoieze. V zaporedju pa nato sledijo še

vpeljava konkurenčnih organizmov, ki s povratnimi zankami stabilizirajo in umirijo

eksponentno rast primarne združbe. Ta korak pride na vrsto šele po vzpostavitvi stabilne UV-

zaščitne plasti in zadostne koncentracije kisika. Na tej točki se biosferi na planetu lahko

pridružijo tudi ljudje (Graham, 2003). V tretjem koraku se ekosistem dodatno stabilizira z

vpeljavo dodatne pestrosti vrst in vzpostavitvijo stabilne prehranske verige. V zadnjem

koraku ekopoieze dobimo povsem samostojen in samoregulativen ekosistem, v katerem vajeti

prevzame evolucija, ki skozi naravno selekcijo in adaptacijo zapolni vse okoljske niše novega

planeta.

1.2 VEDNO TA MARS

Ljudje smo po naravi raziskovalci. Raziskujemo sami sebe, druge, predvsem pa okolje okoli

sebe. Skozi celotno zgodovino se je vedno znova izkazalo, da za svoj obstoj potrebujemo

6



izziv, potrebujemo obljubo novega obzorja, ki se skriva za poznanim. Naj si bo to nova plaža

za vogalom, kar nas je poneslo iz Afrike po celem planetu, eksotične začimbe Indije, ki se

skrivajo za zahodnim obzorjem Atlantika, ali pa skrita stran Lune, ki nam vedno kaže isti

obraz. Civilizacija, tako kot ljudje, uspeva zaradi izziva in brez njega propada.

Mars tako predstavlja ravno pravšnji izziv. Sama pot na Mars nam je tehnološko že zdavnaj

dostopna. S porastom splošnega zanimanja za vesolje in hitrim razvojem vesoljske

tehnologije v privatnem gospodarstvu pa postaja tudi povsem ekonomsko dostopna. Ravno v

letu 2012 smo tako dočakali prve javne napovedi in roke za človeške misije. Tekma za

naslednji ''mali korak'' se je pričela.

Ne le z vidika izziva, Mars nudi tudi verjetno najbolj primerno platformo za ekopoiezo in

teraformiranja v našem osončju.

Za ekopoiezo mora okolje zadostiti trem ključnim pogojem biosfere. Ponujati mora zadosten

dostop do vode, temperaturo, ki omogoča tekočo vodo in zadostno razpoložljivost elementov

ključnih za življenje (C, H, N, O, P in S) (McKay, et al., 1991).

Tabela 1: Okoljski pogoji in sestava atmosfere na Marsu in Zemlji (Graham, 2004; Rettberg, 2004)

Parameter Mars Zemlja

Povprečna temperatura - 60 °C + 15 °C

Območje temperature - 145 °C do + 20 °C - 60 °C do + 50 °C

Sončna obsevanost (PAR) 860 µmol kvanta m-2

s-1

2,000 µmol kvanta m-2

s-1

UV obsevanost > 190 nm > 300 nm

Atmosferski pritisk 5 – 10 mbar 1,013 mbar

Atmosferska sestava

N2 0,189 mbar (2,7 %) 780 mbar (78 %)

O2 0,009 mbar (0,13 %) 210 mbar (21 %)

CO2 6,67 mbar (95,3 %) 0,38 mbar (0,038 %)

Ar 0,112 mbar (1,6 %) 10,13 mbar (1 %)

Glavni problem bi lahko predstavljal primanjkljaj razpoložljivega dušika, ki ga je v ozračju

zelo malo. Vendar bi glede na lego v osončju moral Mars vsebovati več težjih elementov, kot

jih vsebuje Zemlja, tako da se predvideva, da je bil dušik v zgodnjih dneh Marsa, ko je bila na

7



njem še prisotna tekoča voda, uskladiščen v obliki nitratov. Ostali elementi so prisotni v več

kot zadostnih količinah (Rettberg, 2004).

Mars je tako v kombinaciji bližine, okoljskih pogojev, ki jih ponuja, in zmogljivosti trenutne

tehnologije najbolj primeren za naslednji korak raziskovanja našega osončja in najbolj

primeren kandidat za uspešno ekopoiezo.

8



2 EKSTREMNA OKOLJA IN MARS NA ZEMLJI

Življenje vedno najde pot. Ne le pot, v ekstremih razmerah je našlo celo svoj dom. Življenje

najdemo v najbolj nepričakovanih okoljih: od zamrznjene puščave do nad-vrele vode okoli

vrelcev na dnu oceanov. Ko iščemo primerne kandidate, ki so potencialno prilagojeni za

spopad z Marsovimi razmerami, je potrebno upoštevati omejujoče faktorje, ki jih lahko

najdemo tudi na Zemlji. To so nizke povprečne temperature, primanjkljaj dušika (potencialno

prisoten v presežku kot nitrat) in aktivnost vode (količina vode, ki je na razpolago za

metabolno aktivnost) (McKay, 1991I).

2.1 EKSTREMNA VISOKOGORJA

Okolja visokogorij so zanimiva za iskanje organizmov, ki so vsaj delno že prilagojeni na

Marsove razmere zaradi nizke povprečne temperature in hipobarije. Določena območja so

tudi izredno suha, k nizki aktivnosti vode pa pogosto prispevajo tudi nizke temperature. Ena

izmed skupin organizmov, ki jih najdemo v teh okoljih, so lišaji, na katerih že potekajo

raziskave in so že izkazali neverjetno trdoživost in pripravljenost na Marsove razmere.

(Raggio et al., 2011; Johnson et al., 2011; De Vera et al., 2010)

2.2 PERMAFROST

Permafrost je okolje, katerega obstoj je že bil odkrit na Marsu. Predvideva se celo, da je

permafrosta na južni polobli Marsa ogromno, tudi do nekaj 100 metrov globine (McKay,

1991I). Zato je Zemljin permafrost, ki si je z Marsovim predvidoma precej podoben

(Morozova et al., 2007), zelo zanimivo okolje za iskanje kandidatov. Značilnost permafrosta

so izredno nizke temperature in z njimi povezana nizka razpoložljivost vode. Velika prednost

Marsa je v tem primeru presenetljivo ena njegovih največjih hib – ekstremno nizek zračni

pritisk (5–10 mbar). Tako nizek pritisk močno vpliva na točko zmrzišča in s tem povezano

vodno razpoložljivostjo, ki je v plasteh na atomski ravni mikrobom razpoložljiva tudi globoko

pod 0 °C.

2.3 VISOKOGORSKE IN ARKTIČNE PUŠČAVE

Puščave ponujajo očitno skupno točko z Marsom – primanjkljaj vode. Lahko pa združujejo

tudi ekstremno nizke povprečne temperature, močna in hitra nihanja dnevne temperature,

hipobarijo itd. Skratka ponujajo najboljši približek površinskih razmer na Marsu z morda

izjemo prej omenjenega permafrosta pod površinskimi erozijskimi nanosi (McKay in

Marinova, 2001).

9



Tako ni presenetljivo, da testiranja opreme, namenjene na Mars, zelo pogosto potekajo na

takih območjih. Predvsem visokogorska puščavska območja Andov so pogosto poimenovana

Mars na Zemlji. V puščavi Atakama je v lasti NASA (National Aeronautics and Space

Administration) stalna Mars postaja, kjer potekajo priprave, predvsem pa iskanje in

preučevanje življenja, ki bi lahko uspevalo na Marsu.

2.4 TEKMA ZA POSELITEV

Praviloma prvi poselijo novo okolje pionirski organizmi, kasneje pa v stabilnem ekosistemu

prevladujejo pestre združbe, ki med seboj tekmujejo ali sodelujejo in z mnogimi povratnimi

zankami ekosistem stabilizirajo. Toda ali ekstremna okolja izstopajo tudi po biotskem profilu?

Ne nazadnje ekstremne razmere in potrebne prilagoditve močno omejujejo potencialno

biološko pestrost.

Prvi problem pri raziskovanju simbioz je problem same raziskovalne metode in raznolikost

odnosov med mikrobnimi združbami. Če je simbioza obligatorna, se kaj hitro zgodi, da pri

vzorčenju izpustimo ključnega partnerja, ali pa ob gojenju ne zadostimo pogojem za rast vseh

partnerjev v navezi. Tako izgubimo celotno verigo in izolacija, gojitev in klasifikacija niso

mogoče. Po raziskavah okoljskih vzorcev z modernimi molekularnimi tehnikami je bila

postavljena ocena, da več kot 99 % mikrobnih vrst ne znamo gojiti. Verjetno je velik del tega

odstotka ravno zaradi trenutnih metod in postopkov določanja, ki zahtevajo izolacijo, s tem pa

izključujejo vse obligatorne simbiotske naveze, ki jih še ne znamo predvideti v namenskih

medijih za gojišča (Klitgord in Segre, 2010).

Po drugi strani simbioza ni nujno obligatorna, ampak partnerjem le olajša preživetje v

ekstremnih pogojih. Ker pa optimalni laboratorijskih pogoji pogosto ne predstavljajo potrebe

za simbiozo, le te pogosto niti ne opazimo. S tem laboratorijsko dobljeni rezultati ne

predstavljajo dejanskega stanja v okolju (Klitgord in Segre, 2010).

Ekstremna okolja so zelo različna. Lahko so hitro spreminjajoča ali prav omejujoče rigidna.

Ekstremna okolja, zanimiva z vidika ekopoieze Marsa, spadajo v prvo skupino. Poleg tega so

to okolja, kjer so viri energije redki, voda težko dostopna in tudi hranil je predvidoma malo.

Organizmi taka okolja praviloma poseljujejo v mikrozdružbah, ki uspevajo v mikro ekoloških

žepih, primernih za bivanje, ali pa kot biološke skorje na površinah. Take združbe sestavljajo

predvsem cianobakterije, zelene alge, mikro-glive, mahovi, jetrnjaki in lišaji.

10



To so skupine organizmov, znane po tvorjenju simbioz, bodisi na gostiteljski strani, kjer je

simbioza obligatorna za preživetje (npr. mikobiont v simbiozi lišaja), ali kot simbiont, kjer je

odnos mutualističen, a za preživetje v manj ekstremnih pogojih ni obligatoren (npr fikobionta

v simbiozi lišaja). Resnična moč skupnega sodelovanja in združitve prednosti simbiontskih

partnerjev se pokaže ravno v takih hitro spreminjajočih in z viri energije ter aktivnostjo vode

revnih ekstremnih okoljih. Tam, kjer ne eden in ne drugi partner samostojno ne bi mogel

preživeti, simbioza ponuja življenju korak naprej.

Tako lahko sklepamo, da v ekstremnih okoljih navkljub nizki biološki pestrosti prihaja do

močnih interakcij in medsebojne odvisnosti organizmov.

11



3 LIŠAJI – SIMBIOZA, PRIPRAVLJENA ZA MARS

V zadnjih treh desetletjih je že bilo opravljenih kar nekaj raziskav s področja preživetja

ekstremofilov v Marsovih razmerah. Raziskuje se predvsem metanogene arheje, sulfatne

reducente, deinokoke in ostale ekstremne psihrofile (Moeller, et al., 2012; De Vera, et al.,

2010; Smith, et al., 2009; Morozova in Wagner, 2007; Morozova, et al., 2007; Rettberg, et al.,

2004; Graham, 2004). Presenetljivo se je izkazalo, da lahko v ekstremnih razmerah preživijo

tudi evkariontski organizmi, predvsem združbe iz kriptoendolitičnih okolij. V tej skupini so

raziskani predvsem lišaji (Buellia frigida in Xanthoria elegans, slednji uspeva tudi v

Sloveniji), glive (Cryomyces antarcticus in Cryomyces minteri) in celo nekatere živali, znane

po trdoživosti in sposobnosti preživetja ob skoraj popolni izgubi vode v telesu (anhidrobioza),

kot npr. skupina tardigradov (Tardigrada). Kot modelni organizem preživetja v ekstremnih

izven zemeljskih razmerah pa se vedno bolj uveljavljajo ravno razne vrste lišajev (Raggio et

al., 2011; Johnson et al., 2011; De Vera et al., 2010).

Simbiotsko razmerje mikobionta in fotobionta je v primeru lišaja še posebno primerno za

preživetje v okolju z izredno nizko vodno aktivnostjo, visokim sevanjem, nizkimi

povprečnimi temperaturami in hitrimi nihanji le te. Prednost simbioze se pokaže v izredno

odporni razporeditvi celic v strukturi lišaja. Mikobiont zagotavlja visoko odpornost na razne

oblike sevanja in podtlak s proizvodnjo sekundarnih metabolitov in prostorsko strukturo, ki

ščiti bolj občutljivi fotobiont (De Vera et al., 2010). Mikobiont in fotobiont v sodelovanju

ustvarjata tudi želatinasti ovoj, ki domnevno pomaga pri zaščiti, podobno kot polisaharidni

matriks v biofilmih prokariontov (De Vera et al., 2010).

Tako ne preseneča, da vzbujajo lišaji veliko pozornost med raziskovalci. V zadnjih petih letih

je bilo opravljenih več poskusov v simuliranih okoljskih razmerah Marsa, kot tudi povsem

lastna misija na mednarodni vesoljski postaji (ISS) v okviru Expose-E eksperimenta, kjer je

bil Xanthoria elegans odprto izpostavljen pogojem vesolja. (Wassmann et al., 2012; Rabbow,

2012; Moeller et al., 2012)

Eden izmed zadnjih objavljenih člankov poskusa prilagoditev Xanthoria elegans na Marsove

okoljske pogoje je pokazal kar nekaj zanimivih izsledkov preživetja, prilagoditve in celo

uspešne fotosinteze (De Vera et al., 2010).

12



Poskus je potekal v štirih variacijah, od katerih je najbolj zanimiva zadnja, dolgoročna

simulacija Marsovih razmer, ki so prikazane v Tabeli 1. Celotna steljka lišaja je bila v trajanju

22 dni izpostavljena realnim nihanjem temperature od -80 °C do +20 °C, vodni aktivnosti od

0.1 do 0.9 (s povprečjem 0.52, kar je krepko pod do sedaj predvideno spodnjo mejo 0.8 za

preživetje večine evkariontov), atmosfersko sestavo plinov enako Marsovi atmosferi, tlak

1000 Pa, ki ustreza zračnemu tlaku v Marsovih nižinah in vrednost fotosintetsko aktivnega

sevanja (PAR) 131.67 µmol kvanta m-2

s-1

, kar je pravzaprav še precej manj, kot so izmerjene

vrednosti na Marsu (Tabela 1De Vera et al., 2010).

Dolgoročna izpostavljenost je podala zelo presenetljiv rezultat. Na Sliki 1 vidimo, da se

vitalnost obeh simbiontov v dobi 22 dni skoraj ni spremenila. Rezultati kažejo, da nihanja

temeperature, hipobarija in nizka vodna aktivnost ne vplivajo na zmožnost preživetja lišajev v

Marsovih razmerah (Slika 1De Vera et al., 2010).

Toda golo preživetje za ekopoiezo ne zadostuje. Organizem mora v novem okolju tudi rasti in

se širiti. Prvi korak k rasti pa je pridobivanje energije. Pri lišajih je to fotosinteza.

Poleg viabilnosti v dolgoročni izpostavljenosti je dobro raziskana tudi sposobnost fotosinteze

v Marsovih razmerah. Le-ta je odvisna od temperature, parcialnega tlaka CO2 in vrednosti

PAR. Rezultati raziskave so pokazali, da nizek atmosferski tlak in visok parcialni tlak CO2

Slika 1: Vitalnost simbiontov lišaja po izpostavljenosti Marsovem okolju (~600 Pa; 95 % CO2; 22 dni)

(De Vera et al., 2010).

13



zelo pozitivno delujeta na zmožnost fotosinteze. Iz Slike 2 je razvidno, da se je pri

atmosferski sestavi, enaki Marsovi, ob postopnem nižanju tlaka fotosintetska aktivnost

neprestano povečevala in se pri 600 Pa stabilizirala na celo isti ravni kot pri enaki temperaturi

v zemeljski atmosferski sestavi in tlaku (De Vera et al., 2010).

Rezultati nakazujejo, da bi bila fotosinteza možna na nekaterih področjih Marsa. Ko bi iskali

področja, na katerih lišaji ne bi le preživeli, ampak bi bili tudi metabolno aktivni, bi se morali

omejiti na ekvatorialno območje, kjer temperature dnevno dosežejo tudi 27 °C (Carr, 2003,

cit. po De Vera et al., 2010). Pomembno bi bilo upoštevati tudi razpoložljivost vode, ki je za

metabolno aktivnost lišajev mnogo bolj pomembna, kot le za golo preživetje.

Slika 2: Fotosintetska aktivnost v simulirani Marsovi atmosferi (95 % CO2) s padajočim tlakom do 600

Pa pri temperaturi 15 °C (De Vera et al., 2010).

14



4 VIZIJA NADALJNJEGA RAZISKOVANJA

Marsove razmere ponujajo unikaten profil izzivov, s katerimi bi se pionirski organizmi morali

biti sposobni spopasti. Znanih je kar nekaj vrst, ki razmere preživijo, in nekaj, ki bi

potencialno lahko celo večale svojo biomaso. Toda do sedaj ni bila odkrita še nobena

posamezna vrsta, ki bi samostojno v vseh danih razmerah ne le preživela ampak se tudi širila

in proizvajala stranske produkte, ki so iz našega antropocentričnega vidika nujni za

teraformiranje.

Zakaj tak organizem še ni bil odkrit? Verjetno zato, ker tudi na Zemlji ne obstaja. Še najbližje

se je želenemu rezultatu do sedaj približala simbioza glive in cianobakterije v obliki lišaja,

kjer so posamezne naloge zaščite, pridobivanja elementov, vode in energije razdeljene med

partnerji. Poleg tega pa s svojo temno obarvanostjo povsem pasivno višajo stopnjo absorbcije

sevanja (albedo površja) in s tem višajo temperaturo okolja. Ravno višanje povprečne

površinske temperature pa je prvi in ključni korak, ki bo v ekopoiezi in teraformiranju nato

sprožil kopico pozitivnih povratnih zank, ki bodo vse nadaljnje korake pospešili (Badescu V.,

2005).

Dosti bolj logično bi bilo torej razmišljati o primernih organizmih z vidika dejanskih

okoljskih razmer. Z vidika združb, simbioz in sodelovanja, ne pa z vidika raziskovalnih

metod, katerih sestavni del je običajno izolacija vsakega organizma posebej in iskanja

idealnega kandidata, ki opravi delo samostojno. Tako predlagam, da začnemo na Marsu tam,

do kamor je štafeta naravne selekcije na Zemlji že pritekla, saj je to idealna priložnost za nas,

da se izognemo milijonom let počasne ko-evolucije.

Lišaji so se izkazali kot odličen modelni organizem preživetja v zunaj zemeljskih razmerah.

Ustrezajo z vidika ekopoieze, vendar sami po sebi ponudijo precej malo z antropocentričnega

vidika teraformiranja. Prirast je prepočasen, večanje albeda površja je sicer pozitiven

doprinos, a sam po sebi premalo. Plinska sprememba atmosfere je za prvi korak prav tako

neustrezna. Bistvo uspešnega teraformiranja bo dvig povprečne temperature za 60 K. Nižanje

parcialnega tlaka CO2, kot posledica delovanja lišajev, je v prvem koraku teraformiranja

pravzaprav nezaželeno.

Za nadaljnje delo predlagam raziskovanje druge skupine organizmov. To so metanogene

arheje iz sibirskega permafrosta. Njihova očitna prednost je produkcija metana, ki je uspešen

15



toplogredni plin. V že obstoječih raziskavah so se izkazale kot izredno trdožive in sposobne

preživeti v Marsovih razmerah (Morozova et al., 2007). Zadnji podatki iz roverja Curiosity

namigujejo celo na že obstoječo metanogeno biološko dejavnost v Marsovem

podpovršinskem permafrostu, kar bi lahko bil dodatni argument za raziskave v podobnem

okolju na Zemlji. Čeprav so nam lišaji že dokazali uspešnost simbioze v ekstremnih pogojih

in se tudi metanogene arheje pogosto pojavljajo v tesnih simbiotskih odnosih z ostalimi

organizmi, so vse raziskave do sedaj temeljile na izolaciji iz okoljskih vzorcev in primerjavi

posameznih izoliranih sevov. Za bodoče raziskovalno delo bi bilo zanimivo pogledati v te

odnose in s simuliranimi Marsovimi okoljskimi študijami primerjati faktor preživetja in

predvsem primerjati stopnjo metabolne dejavnosti med čistimi kulturami in mešanimi

kulturami v različnih poznanih simbiontskih kombinacijah in celo z okoljskimi vzorci v vsej

svoji pestrosti že obstoječe med mikrobne interakcije in sodelovanja.

16



5 VIRI

McKay C. P., Toon O. B., Kasting J. F. 1991. Making Mars habitable. Nature, 352: 489–496

Fogg M. J. 1993. Terraforming: A review for Environmentalists. The environmentalist, 13, 1:

7–17

Fogg M. J. 1998. Terraforming Mars: a review of current research. Adv. Space Res., 22, 3:

415–420

Miller W. R. 1998. An ecological approach to terraforming, mapping the dream. Waterloo,

Ontario, Canada, University of Waterloo, 61 str.

Gerstell M. F., Francisco J. S., Yung Y. L., Boxe C., Aaltonee E. T. 2001. Keeping Mars

warm with new super greenhouse gases. PNAS, 98, 5: 21154–2157

McKay C. P., Marinova M. M. 2001. The physics, biology, and environmental ethics of

making Mars habitable. Astrobiology, 1, 1: 89–109

Graham J. M. 2003. Stages in the terraforming of Mars: the transition to flowering plants.

Space technology and applications international forum, 654: 1284–1291

Graham J. M. 2004. The biological terraforming of Mars: planetary ecosynthesis as ecological

succession on global scale. Astrobiology, 4, 2: 168–195

Rettberg P., Rabbow E., Panitz C., Horneck G. 2004. Biological space experiments for the

simulation of Martian conditions: UV radiation and Martian soil analogues. Advances in

space research, 33: 1294–1301

Badescu V. 2005. Regional and seasonal limitations for Mars intrinsic ecopoiesis. Acta

Astronautica, 56: 670–680

Morozova D., Mohlmann D., Wagner D. 2007. Survival of methanogenic archaea from

siberian permafrost under simulated Martian thermal conditions. Orig life Evol Biosph, 37:

189–200

17



Morozova D., Wagner D. 2007. Stress response of methanogenic archaea from Siberian

permafrost compared with methanogens from nonpermafrost habitats. FEMS microbial Ecol,

61: 16–25

Smith D. J., Schuerger A. C., Davidson M. M., et al. 2009. Survivability of Psychrobacter

cryohalolentis K5 under simulated Martian surface conditions. Astrobiology, 9, 2: 221–228

Cockell S. C. 2010. Geomicrobiology beyond Earth: microbe-mineral interactions in space

exploration and settlement. Trends in microbiology, 18: 308–314

De Vera J. P., Mohlmann D., Butina F., Lorek A., Wenecke R., Ott S. 2010. Survival

potential and photosynthetic activity of lichens under Mars-like conditions: A laboratory

study. Astrobiology, 10,2: 215–227

Klitgord N., Segre D. 2010. Environments that induce synthetic microbial ecosystems. PLoS

computational biology, 6, 11: 1–17

Johnson A.P., Pratt L.M., Vishnivetskaya T., et al. 2011. Extended survival of several

organisms and amino acids under simulated martian surface conditions. Icarus, 211: 1162–

1178

Raggio J., Pintado A., Ascaso C., De La Torre R., De Los Rios A., Wierzchos J., Horneck G.,

Sancho L. G. 2011. Whole lichen thalli survive exposure to space conditions: results of

Lithopanspermia experiment with Aspicilia fruticulosa. Astrobiology, 11, 4: 281–292

Moeller R., Reitz G., Nicholson W. L. et al. 2012. Mutagenesis in bacterial spores exposed to

space and simulated Martian conditions: data from the EXPOSE-E spaceflight experiment

PROTECT. Astrobiology, 12, 5: 457–468

Rabbow E., Rettberg P., Barczyk S., et al. 2012. EXPOSE-E: An ESA astrobiology mission

1.5 years in space. Astrobiology, 12, 5: 374–386

Wassmann M., Moeller R., Rabbow E. et al. 2012. Survival of spores of the UV-Resistant

Bacillus subtilis strain MW01 after exposure to low-Earth orbit and simulated Martian

conditions: Data from the space experiment ADAPT on EXPOSE-E. Astrobiology, 12, 5:

498–507

ekopoieza marsa – priloŽnosti in ovire, ki jih predstavlja inŽeniring novega ekosistema iz...

Education