Marsbaktériumok kontra földi baktériumok

A Nasa Perseverance marsjárójának leszállásával a vörös bolygón egy évtizedes vállalkozás vette kezdetét, amely a marsi talajminták Földre történő történelmi jelentőségű szállításában fog tetőzni. A több mint 30 lezárt cső tartalmából végre kiderülhet, hogy van-e élet a Marson.

baktériumok

És ha igen?

A Nasa Perseverance roverének sok minden szerepel a tennivalólistáján. A helikopterek repülése csak egy kis része ennek. A hét, a kőzetek, a légkör és az időjárás elemzésére szolgáló csúcstechnológiás műszerrel felszerelt rover végső soron a múltbeli és jelenlegi élet jeleit keresi a Marson. De ezt nem egyedül fogja megtenni. A Perseverance küldetés csak az első lépés egy sokkal nagyobb projektben. A Perseverance kis fúrójával ígéretes marsi talajdarabokat fog feltárni, és kis csövekben tárolja majd a bolygó felszínén, hogy az évtized végén egy másik rover visszahozhassa őket.

Amikor a hőn áhított marsi mintákat szállító kapszula végül a 2030-as évek elején valahol az Egyesült Államokban földet ér, az egy olyan művelet kezdete lesz, amelyre a legkorábbi Apollo-missziók visszatérése óta nem volt példa. Bármilyen mikroorganizmusok is vannak a csövekben, azok soha nem fognak élve kijönni a magas szintű elkülönítő létesítményből, amelyet még meg kell építeni valahol a Nasa egyik telephelyén.

"Ez a legérzékenyebb kategóriánk, az 5-ös kategória, a korlátozott földi visszatérés" - mondja Silvio Sinibaldi, aki az Airbus Defence and Space bolygóvédelemért felelős munkatársa Stevenage-ben. "Korábban már hoztunk vissza mintákat aszteroidákról, de tudtuk, hogy nem lesz bennük élet. És ez a nagy különbség". Bár a Nasa által vezetett projektről van szó, az Európai Űrügynökség (ESA) fontos partnere a Mars Sample Return missziónak, és a részvétel révén az európai űrkutatási óriásvállalat nyerte el a szerződést a Sample Fetch Rover megépítésére, amely a Perseverance lépcsőit fogja újra bejárni, és begyűjti a rejtett csöveket.

A vállalat fogja megépíteni a Marsról való kilövés után a mintatartályt befogó és visszahozó Earth Return Orbiter-t is. A Sinibaldi csapatának az a feladata, hogy mind a rovert, mind az orbitert úgy tervezzék meg, hogy a Sample Return Mission más elemeivel együtt megakadályozza, hogy a Marsról származó anyagok közvetlenül érintkezzenek a Földdel.

"Úgy kell kezelni ezeket a mintákat, mintha katasztrofális eseményt okozhatnának, ha kiszabadulnának" - mondja Sinibaldi. "Attól a pillanattól kezdve, hogy az apportáló rover robotkarja begyűjti a mintákat, egészen a felszálló járműre való átvitelig meg kell győződnünk arról, hogy nincs keresztszennyeződés, nincsenek sterilizálatlan részecskék a biológiailag védett területen kívül."

Lehet egy emberiséget pusztító betegség, amely az 1970-es évekbeli "Az Androméda-törzs" című thriller cselekményére emlékeztet, vagy egy olyan mikroba, amely képes tönkretenni a Föld környezetét. A kémcsövekben lévő anyagot a leghalálosabb földi mikrobák és vírusok számára kifejlesztett rendszerben kezelik. A kulcs, magyarázza Sinibaldi, az érintkezési lánc megszakítása. Bármi, ami közvetlenül vagy közvetve kapcsolatba került a Marssal, azt vagy hermetikusan le kell zárni, vagy hátra kell hagyni.

A teljes Mars Sample Return küldetés esetében ez sok okos mérnöki munkát jelent. A mintakereső rover és a Földre visszatérő orbiter mellett a misszióhoz egy Mars Ascent Vehicle (marsjáró) és egy Sample Retrieval Lander (mintavevő leszállóegység) is szükséges. A robotkarral felszerelt leszállóegység a felszálló jármű orrába ágyazott tartályba helyezi majd át a felszálló rover által gyűjtött mintákat. A felszálló jármű, egy kis rakéta, a Mars körüli pályára állva elengedi a lezárt konténert. A pályára állított konténert ezután a Földre visszatérő űrhajó befogja, és egy további biztonsági kapszulában helyezi el. Ez a kapszula és annak tartalma lesz az egyetlen alkatrész, amely túléli a Földre való visszatérés során a tüzes légköri belépést, és amelynek külső burkolatát a folyamat során a magas hőmérséklet sterilizálja.

Mielőtt a Covid-19 járvány megállította volna az életet a Földön, a Nasa szakértői csoportja a világ néhány legjobban őrzött, biológiailag veszélyes létesítményét járta be, hogy inspirációt szerezzen a Mars-minták visszatérését támogató mintafogadó létesítmény megépítése előtt. A Salisburyben található Porton Down Public Health England létesítménye is szerepelt az útitervben. A leghalálosabb vírusok, például az ebola és a Marburg-vírus kutatásáról ismert Porton Down a Nasa által a túra után készített jelentés szerint a jelenleg elérhető legközelebb áll ahhoz, ahogyan a Mars-mintákat fogadó létesítmény kinézni.

Tricky Dicky és néhány szerencsés űrhajós - inline

Az eredetileg titkos vegyi harcászati laboratóriumként működő Porton Down 4-es biológiai biztonsági szintű létesítménynek minősül. Az őrzött laboratóriumaiban dolgozó kutatók lezárt kutatószekrényekbe épített fél védőruhát használnak, amikor veszélyes mintákkal dolgoznak. A külső és a belső szféra közötti határvonalat soha nem lehet áttörni, kivéve, ha a minták hermetikusan lezártak vagy halottak. Hasonlóképpen védőkesztyűket építenek be más szekrényekbe.

A szekrények belsejében a légnyomást alacsonyabb szinten tartják, mint kívül, így mindig minden levegőt beszívnak. A mintakezelési protokollok szigorúak, ahogyan a marsi mintavételi létesítményben is azok lesznek, bár a legtöbb asztrobiológus úgy véli, hogy a Perseverance inkább a múltbeli élet nyomaira fog bukkanni, mint élő mikroorganizmusokra.

"A Mars felszíne egy nagyon jó in situ eljárással teljesen sterilizálja magát" - mondja Karen Olsson-Francis professzor, az Open University asztrobiológiai igazgatója. "A mai felszíni körülmények nagyon károsak az élet számára, és nagyon nehéz lenne bárminek is ott növekednie". A Mars nem volt mindig ilyen. A tudósok úgy vélik, hogy mintegy hárommilliárd évvel ezelőttig a bolygó egészen a Földhöz hasonlóan fejlődött, és bőséges vízóceánja kedvezett az egyszerű mikroorganizmusok kialakulásának. Aztán valami elromlott.

A Mars elvesztette mágneses mezejét, légköre elszáradt, és az óceán elpárolgott. De száraz felszíne ellenére a Marsnak még mindig van vize, a pólusok körüli és a föld alatti jégbe zárva. A mikroorganizmusok talán még ma is ott élnek. "Nem lepődnék meg, ha a felszín alatt élő mikroorganizmusok lennének" - mondja Olsson-Francis. "Védve lennének a kemény UV-sugárzástól; kedvező nyomásnak lennének kitéve. Folyékony víz van, és tudjuk, hogy a kőzetek a vízzel kölcsönhatásba lépve potenciálisan olyan környezetet teremthetnek, amelyben a mikrobák fennmaradhatnak."

A kérdés az, hogy a Perseverance képes lenne-e elérni ezeket a mikrobákat. "A Perseverance rover csak egy körülbelül 6 cm mély fúróval rendelkezik" - mondja Susanne Schwenzer, az Open University földtudományok vezető tanára, a Curiosity marsjáró kutatócsoportjának tagja. "Sem a Curiosity, sem a Perseverance nem jut túl az aktív felszínen, amelyet a sugárzás évmilliók alatt eléget."

Schwenzer hozzátette, hogy a most 2022-ben induló európai ExoMars rover sokkal nagyobb eséllyel találhat élő mikroorganizmusokat, mivel két méteres mélységig le tud fúrni.Nemcsak arról van szó, hogy meg kell védeni a Földet a Marstól, hanem arról is, hogy meg kell védeni a Marsot a Földtől. Az asztrobiológusok ugyanis inkább attól tartanak, hogy néhány földi bogár a rovereken a Vörös Bolygóra utazik, és teljesen tönkreteszi a kutatást.

A rover végül a magával hozott életet is felfedezhetné, és az eredményei teljesen használhatatlanok lennének. Ráadásul van egy kis esély arra, hogy a betolakodók megtelepednek és elfoglalják az új környezetet, ahogyan a Földön is számos faj elfoglalt már olyan ökoszisztémákat, amelyekhez nem tartoztak (gondoljunk csak az Egyesült Királyságban élő amerikai szürke mókusokra).

"Ha mintát hozunk vissza, ügyeljünk arra, hogy az biztonságos legyen" - mondja Schwenzer. "A Földön tudjuk, hogyan kell kezelni a veszélyes mintákat. Megcsináltuk az ebolával. De amikor a Marsra megyünk, kölcsönhatásba kell lépnünk a környezettel, hogy megkapjuk a mintát. És ezért nagyobb a kockázata annak, hogy kimegyünk, mint annak, hogy visszajövünk"."

Bár a Mars felszínén a sugárzás olyan erős, hogy valószínűleg elpusztítaná az újonnan érkező mikrobákat, vannak olyan területek, azok, amelyek a legvalószínűbb, hogy őshonos marsi életnek adnak otthont, ahol a behatolók vendégszerető talajra találhatnak. Azokra a területekre engedett rovereknek tehát tökéletesen csíramentesnek kell érkezniük a Marsra.

"Amikor a Marsra megyünk, kölcsönhatásba kell lépnünk a környezettel, hogy mintát vehessünk. És ezért nagyobb a kockázata annak, hogy kimegyünk, mint annak, hogy visszajövünk.

Susanne Schwenzer, Nyílt Egyetem

Sinibaldi és csapata az ExoMars Rosalind Franklin roverén végzett munkájuk során elsajátította a szupertiszta életet kereső űreszközök építésének készségét. Az űrhajómérnökök bizonyára nem egy rendetlen társaság. Mindenféle műholdat védőruhába öltözött technikusok szerelnek össze szigorú protokollok szerint, ellenőrzött tiszta helyiségekben. A szabványos tisztaszobák és űrhajóépítési eljárások azonban csak a porszemcsékkel és a vegyi gőzökkel való szennyeződéssel foglalkoznak. Nem számít, hogy a Nap vagy a Merkúr körül keringő űrhajó baktériumokat hordoz-e.

"Az egyik első kérdés, amit a projektcsoporttól kaptunk, az volt, hogy "összeszerelhetjük-e a rovert az egyik tisztaszobánkban, ahol más, korszerű műholdakat szerelünk össze"?". mondja Sinibaldi. "Elvégeztünk néhány tesztet, de kiderült, hogy ez nem fog működni."

A vállalat ezért egy vadonatúj tisztaszobát épített, amely 2019-ben szintén a Nasa szakértői körútjának része volt. Falait és mennyezetét rozsdamentes acélból készítették, amely könnyen sterilizálható, és nem bocsát ki illékony szerves vegyületeket. A padló ezüstrészecskéket tartalmaz, hogy gátolja a baktériumok terjedését. A szellőzőrendszer és a rácsok hasonló antibakteriális anyagokból készülnek. A tisztaszobába belépő személyzet szigorú öltözködési és fertőtlenítési protokollt követ, amely többszöri ruhaváltást foglal magában.

"A biotiszta létesítményünk egy háromlépcsős tisztaszoba" - magyarázza Sinibaldi. "Van egy légzsilip, aztán van egy előkészítő terület, majd a megfelelő biotiszta terület, ahol a repülési hardvert szerelik össze. A biológiai tiszta területre nem lehet közvetlenül kívülről belépni. Különböző szintű tisztításon és öltözködésen kell átmenned, valamint egy 45 másodperces légzuhanyon, amely elfújja a maradék részecskéket."

Minden levegőt HEPA-szűrőkön keresztül szűrik, és a mennyezetről 12 pascalt nyomnak le a helyiség legtisztább részébe, így minden szennyeződést elfújnak a kevésbé érzékeny területekre. A rendszeres tisztítások során a technikusok három különböző sterilizálószert váltogatnak, hogy megakadályozzák a baktériumok ellenálló képességének kialakulását.

A Stevenage-i tisztaterem kialakításába fektetett erőfeszítések megtérültek. A Nasa szakértői jelentésükben dicsérték a létesítményt, és úgy jellemezték, hogy a tisztateremben "a világon valószínűleg a legszigorúbb szerves és biológiai terhelési követelményeket hajtották végre". Ráadásul a csapat kevesebb mint 10 000 baktériumspórával adta át a Rosalind Franklin rovert az Európai Űrügynökségnek, ami körülbelül annyi, amennyi általában egy gombostűfejre fér.

"Ez nagy kihívás volt" - mondja Sinibaldi. "Az emberek 24 óránként több millió vagy milliárd bőrrészecskét bocsátanak ki magukból, és ezeknek a bőrrészecskéknek körülbelül 20 százaléka hordoz baktériumspórákat. És mivel emberek építették a rovert, meg kellett akadályoznunk, hogy spórákat juttassanak rá." Sinibaldi szerint nem csak a rover külső felülete volt fontos, hanem az összes belső alkatrésze is, összesen 150m2 csíramentes felület.

"A belső alkatrészek valóban hozzájárulnak a gázcseréhez és így a spórák végső számához" - mondja Sinibaldi. "Meg kellett győződnünk arról, hogy minden vállalkozó hasonlóan magas tisztasági szintek szerint dolgozott, és az alkatrészeket már sterilizálva szállította." A Stevenage-i tisztaszoba mostantól a Mars Sample Fetch rover építésének ad otthont. A Sinibaldi már most olyan fejlesztéseket tervez, amelyek megkönnyítenék az előírt tisztasági szint fenntartását.

A tisztateremben dolgozóknak például nem szabadna túl gyorsan járniuk, hogy ne keltsenek turbulenciát a lefelé fújó levegőben, amely véletlenül felsöpörhetné a szennyeződéseket. A kültérről való belépés utáni első öltöző kaphatna egy külön mellékletet, hogy a dolgozók levehessék a kültéri ruháikat, hogy csökkentsék a szennyeződést az öltözőben. Néhány további légzuhanyt is felszerelhetnének, hogy még a legmakacsabb baktériumokat is távol tartsák.

#bakteriumok

By Admin, 2021/9/27