Osvita.ua Вища освіта Реферати Біологія Космічна мікробіологія: поняття та дослідження. Реферат
Провідні компанії та навчальні заклади Пропозиції здобуття освіти від провідних навчальних закладів України та закордону. Тільки найкращі вищі навчальні заклади, компанії, освітні курси, школи, агенції. З питань розміщення інформації звертайтесь за телефоном (044) 200-28-38.

Космічна мікробіологія: поняття та дослідження. Реферат

Мікробіологічні дослідження метеоритів. Моделювання умов, що існують на інших планетах. Ставлення мікроорганізмів до екстремальних умов. Радіоактивне випромінювання

Успіхи сучасної науки і техніки дають підставу припустити, що вже через кілька років космонавти висадяться на Місяці. На Марс вони, мабуть, потраплять через кілька десятиліть. Ще більш довгі строки потрібні для здійснення мандрівок на інші планети Сонячної системи.

Проте, не очікуючи того моменту, коли нога людини ступить на поверхню небесних тіл, уже зараз провадяться різносторонні дослідження з метою одержання не тільки непрямих, а й прямих даних відносно можливого існування життя поза Землею. У цих дослідженнях найбільш активну участь бере космічна мікробіологія (назву запропонували М. М. Жуков-Вережников і його співробітники). Ця галузь мікробіології прилягає до екзобіології, але обмежує об'єкти свого дослідження тільки мікроскопічними організмами в космосі.

Мікробіологічні дослідження метеоритів

Влітку на нічному безхмарному небі часто можна спостерігати вогняні сліди, які залишають "падаючі зірки" - метеорити. Більшість астрономів вважає, що це уламки небесних тіл, які існували раніше. Метеорити носяться у міжпланетному просторі навколо Сонця, утворюючи пиловидні хмари. На світанку або після заходу Сонця метеоритний пил, освітлений сонячними променями, слабо світиться. Це зодіакальне світло віддавна привертало увагу людини.

Щосекунди частинки метеоритної матерії нескінченним потоком вторгаються в земну атмосферу. Щодоби Земля приймає значну масу цієї космічної речовини. Більша її частина складається з крихітних частинок, вимірюваних мікронами. В той же час зустрічаються крупні метеорити різних розмірів, що досягають десятків тонн перетинаючи земну орбіту, ці "гості з космосу" мчать з швидкістю, що в кілька раз перевищує швидкість космічних кораблів. При зіткненні із земною атмосферою поверхня метеоритів і частинок повітря, що до неї прилягають, нагрівається до кількох тисяч градусів і світиться. Дрібні метеорити повністю згоряють і випаровуються. Більш крупні обпалюються тільки з поверхні і падають на Землю.

За своїм складом метеорити підрозділяються на кам'яні, залізні і залізо-кам'яні. Найбільше падає на Землю кам'яних метеоритів, що містять численні дрібні включення нікелевого заліза. Залізо-кам'яні метеорити містять значніші включення цієї сполуки. В залізних метеоритах нікелеве залізо проходило стадію впливу температури понад 1500°С, а потім на протязі десятків мільйонів років розплавлена маса охолоджувалась і зазнавала кристалізації.

Особливий інтерес становлять вуглисті хондрити, які відносяться до кам'яних метеоритів. Вони, крім заліза, містять сірку, зв'язану воду і до 2-3% вуглецю у вигляді різних органічних сполук. Доведено вміст у вуглистих хондритах високомолекулярних парафінових вуглеводній які нагадують вуглеводні гірського воску - озокериту, а також органічних сполук, що містять кисень. У 1960 р. під дією чотири-хлористого вуглецю з вуглистого хондриту Маррей учені одержали витяжку, в якій виявили вуглеводневі сполуки, що містили 10 - 15 атомів вуглецю, а також органічні кислоти, ароматичні та гетероциклічні сполуки. Там же була знайдена речовина, що нагадувала цитозин - одну із складових частин нуклеїнових кислот.

За даними Кейці-Графа, вуглеводні метеоритів належать до двох груп - озокеритів і асфальтів. Озокерити складаються майже виключно з твердих парафінів.

Елементарний склад органічних речовин у метеоритах такий (у процентах):

  • вуглецю - 24,2,
  • водню - 8,1,
  • азоту - 4,0,
  • сірки - 8,7,
  • хлору - 5,8,
  • кисню - 48,9.

За своїм складом і структурою метеорити нагадують земну гірську породу - туфи.

Крупні метеорити одержують назви тих населених пунктів, біля яких вони впали.

Космічне походження метеоритів давно привертало увагу дослідників, які цікавились не тільки хімічним і мінералогічним складом інших планет, а й питанням про існування на них живих організмів.

Пошуки мікроорганізмів у метеоритах розпочалися ще у другій половині минулого століття. У 1861 р. поблизу французького селища Оргейль упав крупний метеорит. Луї Пастер сконструював спеціальний зонд для стерильного набору проб із внутрішніх частин цього метеорита. Проте посів на живильні середовища не дозволив т виявити життєздатні мікроорганізми. Пізніше, у 1932 р., Ц. Ліпман, ретельно знезаразивши поверхню різних метеоритів, знайшов у. глибині їх значну кількість бактерій. Серед обстежених ним метеоритів, що містили бактерії, був і залізний хондрит Оргейль, в якому Пастер даремно шукав наявність мікробів.

У 1961-1962 рр. У. Хенессі, Б. Неджі і Дж. Клаус виявили в тому ж метеориті Оргейль, а також у хондритах Мігеї, Івука та ін. овальні утворення, що нагадували спори водоростей. Деякі з цих утворень забарвлювались фарбами, що застосовуються в мікробіології, і давали позитивну реакцію за Фельгеном, характерну для дезоксирибонуклеїнової кислоти. Вчені, що досліджували овальні утворення, віднесли ці "організовані елементи" до викопних мікроорганізмів позаземного походження. Такий висновок зустріли критично. Була висловлена думка, що обстежені названими вище американськими вченими метеорити, які пролежали багато років у Нью-Йоркському музеї, були забруднені земними мікробами.

У 1961 р. Ф. Сіслер виділив з вуглистого хондриту Маррей кілька бактерій, які росли на живильних середовищах, але не розвивались при введенні їх в організм щурів, мишей і курей. М. Н. Брігс не підтвердив цих даних. Брігс і співробітники знайшли в метеориті Мокойя органічні тільця розміром від 1 до 25 мк, які забарвлювались, але не рослина різних живильних середовищах, вживаних для мікроорганізмів. Водяні витяжки з цих тілець були оптично неактивними. Ізотопний аналіз (кількісне відношення вуглецю з атомною вагою 12 до вуглецю з атомною вагою 14) не дозволив вирішити, чи мали ці тільця відношення до живих організмів.

У Радянському Союзі також провадились пошуки мікробів у метеоритах. Ч. Байрієв і С. Мамедов у 1962 р. виявили в уламку Сіхоте-Алінського залізного метеорита через 15 років після його падіння "термофільну метеоритну паличку", яка витримувала високу температуру. Відомо, що спори деяких бактерій дуже стійкі до дії високої температури. Такі бактерії зустрічаються в різних ґрунтах і гірських породах, зокрема в озокеритах. Проте це ще не є доказом їх позаземного походження і вимагає всебічного наукового дослідження.

З якою обережністю треба ставитися до сенсаційних повідомлень про виявлення в метеоритах мікробних мешканців космічних світів, свідчить дослід, проведений радянськими мікробіологами. Для вирішення питання про можливість забруднення метеоритів земними мікробами О. Імшенецький і С. Абизов у муфельній печі при 400°С протягом 10-12 год. піддавали стерилізації мінерали (туф, вапняк, граніт), близькі за складом до різних метеоритів. Потім частину зразків закладали в оранжерейний ґрунт на глибину 10 см. Через різний час (від восьми днів до шести місяців) поверхню видобутих зразків ретельно стерилізували, а потім з центральної частини спеціальним свердлом брали проби.

Посів їх на вживані в мікробіологічній практиці живильні середовища виявив ріст мікроорганізмів. У той же час в контрольних зразках метеоритів, що зберігалися у стерильних умовах, мікроби жодного разу не були знайдені. Таким чином, ґрунтові земні мікроорганізми знайшли спосіб проникнути всередину зразків даних гірських порід.

Метеорити були і залишаються важливим об'єктом мікробіологічного дослідження при розробці проблеми існування позаземного життя. Але для того щоб одержувані дані були вірогідними, необхідне додержання суворих умов, що виключають можливість забруднення метеоритів. Треба знайти спосіб "ловити" метеорити до того, як вони проникнуть в атмосферу Землі. Це можна буде зробити за допомогою штучних супутників, обладнаних відповідною апаратурою. Одержані таким чином навіть дрібні метеорити були б придатні для мікробіологічного аналізу. Адже в умовах відсутності атмосфери вони б не нагрівалися до температури, при якій гинуть мікроорганізми.

Було запропоновано брати для аналізу тільки такі метеорити, які падають на скелі, кам'янистий ґрунт або на сніг в Арктиці і Антарктиці, - тобто тоді, коли вони не торкаються вологого ґрунту, їх треба вивчати якомога швидше після приземлення. Поряд з мікроскопічним аналізом необхідно робити посіви з використанням широкого набору живильних середовищ. Для забезпечення повної стерильності метеорита О. Імшенецький і С. Абизов використали спеціальний бокс, обладнаній свердлильним пристроєм.

На метеориті не повинно бути мікроскопічних пор і тріщин, куди могла б проникнути земна волога. У зв'язку з цим можна навести такий приклад. Мікробіологічному аналізу піддавали зразки вугілля, взяті з природних відкладень на значній глибині. Після цього в одних зразках були знайдені живі мікроорганізми, а в інших вони були відсутні. Мікроскопічний аналіз встановив, що на зразках з мікробним населенням були мікротріщини, куди могла потрапити вода з відкладень, розміщених вище.

Моделювання умов, що існують на інших планетах

Одним із способів розв'язання питання про. можливість життя на інших планетах е спосіб штучного відтворення в лабораторіях фізичних і хімічних умов, що існують на цих планетах, і культивування мікроорганізмів у подібних умовах. Мікроорганізми використовуються в таких дослідах як біологічні об'єкти, що відзначаються великою пристосованістю і-високою стійкістю до несприятливих факторів зовнішнього середовища. Слабкий бік моделювання - це не досить точне і повне знання умов,, що існують навіть на найближчих до Землі планетах Сонячної системи.

Особливу увагу привертає Марс, який за своїми фізичними властивостями більше схожий на Землю, ніж інші планети. Тому ряд дослідників провів досліди по вирощуванню мікроорганізмів, моделюючи умови на Марсі.: Д. П. Морріс і Д. Е. Бейшер (І958 р.) заражали червоний пісковик і лаву різними мікроорганізмами (бактеріями, актиноміцетами, грибами), що утворювали і не утворювали спори, які розвивалися при доступі повітря (аероби) і в його відсутність (анаероби). Вказані гірські породи вміщували у спеціальні посудини.

З посудин викачували повітря і вводили туди газоподібний азот, поки не встановлювався тиск 65 мм ртутного стовпчика. Вологість внесених порід не перевищувала 1%. Вдень посудини перебували при температурі близько 25°, а вночі їх розміщували в холодильнику з температурою -25°С. Досвід тривав 10 місяців. Через певний проміжок часу проводили кількісне визначення внесених мікроорганізмів. Виявилось, що кількість аеробів поступово зменшувалась. В той же час анаероби (обов'язкові або факультативні) виживали, а деякі з них навіть розмножувались.

І. А. Коойстра, Р. Р. Мітчел і X. Страгхолд (1958 р.) помістили чотири зразки червоної глини з пустелі Арізони разом з мікроорганізмами, що в них містилися, в закриті посудини, тиск азоту в яких встановлювали на рівні 54,1 мм ртутного стовпчика. Вологість глини доводилася до 1%. На протязі 15 год. на добу посудини перебували при температурі - 22°С. У момент ставлення досліду, а потім через один, два і три місяці визначали кількість мікроорганізмів у глині. У трьох зразках глини кількість мікроорганізмів зростала. Лише в одному зразку вона збільшувалась на протязі двох місяців, а через три місяці знизилась.

Е. Хаврилевич, Б. Говей і Р. Ерліх (1962 р.) провадили експерименти з хвороботворними бактеріями: неспоровою факультативне анаеробною і споровою. Бактерії вносили у подрібнену простерилізовану лаву. Одну серію пробірок з цим матеріалом запаювали в умовах вакуума, другу - після введення у пробірки азоту (65 мм ртутного стовпчика), а з третьої серії пробірок викачували частину повітря доти, поки тиск не падав до 65 мм ртутного стовпчика. Частину запаяних пробірок витримували при 25°, і вони були контролем; іншу частину пробірок ставили в умови температури, що змінюється: 16 год. при 25° і 8 год. при -25°С.

Клітини неспорової бактерії зберігали життєздатність на протязі восьми місяців, але у вакуумі і при щоденній зміні температур кількість клітин, що вижили, різко зменшувалась. Спори другої бактерії зберегли життєздатність в усіх варіантах досліду на протязі десяти місяців. Хвороботворні властивості обох бактерій знизились.

Г. Л. Робертс (1963 р.) спори анаеробної бактерії наносив на фільтрувальний папір, розміщений на поверхні зразка червоної лави. Остання подрібнювалась, висушувалась і стерилізувалась, її вологість доводилась до 0,2%. У посудини, куди поміщали лаву з бактеріальними спорами, нагнітали суміш газів, яка складалася з 93,54% азоту, 4,24% аргону, 2,21% вуглекислого газу і 0,01% кисню. Загальний тиск газів становив 65 мм ртутного стовпчика. Температура змінювалась від 23° до -25°С. Через сім і чотирнадцять діб у посівах були виявлені спори і звичайні (вегетативні) клітини, а через 30 діб - лише вегетативні клітини взятої бактерії. Ці дані доводять, що зазначені умови виявились придатними не тільки для виживання, а й для проростання спор.

Е. Пекер, С. Шер і С. Сеген (1963 р.) зібрали зразки ґрунтів із різних місць з низькою кількістю опадів. Ці зразки висушили до повітряно-сухого стану, а мікроорганізми, що в них містилися, були піддані дії таких умов: кожні 12 год. температура - 60° С змінювалась на температуру 20°; вміст газів у атмосфері складав 95% азоту і 5% вуглекислоти; тиск газів досягав 0,1 атм. Крім того, взяті зразки з мікроорганізмами, що в них містилися, піддавались опроміненню ультрафіолетовими променями (доза 10 ерг на квадратний сантиметр поверхні). Результати показали, що деякі мікроорганізми виживали на протязі більше шести місяців.

У 1965 р. Ф. Джексон і Р. Мур використали ряд мікроорганізмів, які вносились у пісок з додаванням до нього різних кількостей мінералу лімоніту, багатого на окис заліза. Вологість цього субстрату була знижена до 1%. Атмосфера складалася з молекулярного азоту і слідів кисню та вуглекислого газу (тиск 75 мм ртутного стовпчика). Добові коливання температури були ще більш різкими, ніж у дослідах інших авторів: від 25° до -76°С.

Лімоніт несприятливо впливав на виживання мікроорганізмів. При його відсутності або незначному вмісті у субстраті деякі неспорові бактерії виживали на протязі всього 30-добового досліду, а кількість клітин деяких спосені мікроскопічні водорості, джгутикові найпростіші і коловертки загинули.

Із узятих мікробів імітовані марсіанські умови краще переносили форми, що утворюють пігменти. Дослідники висловлюють припущення, що на Марсі можуть переважати організми, пігменти яких захищають їх від впливу найбільш згубного фактора - сонячної радіації.

Наведені дині свідчать, що умови дослідів у різних дослідників були не зовсім однаковими. Це пояснюється деякими розходженнями, які існують у поглядах астрономів на склад атмосфери Марса. Так, за В. Г. Фесенковим, кисню в ній менше 0,1%, за Н. Н. Ситинською - 0,15% порівняно із земною атмосферою (20,94%), а за М. П. Барабашовим - 0,1% від об'єму всіх газів у марсіанській атмосфері. Дослідження, проведене під час польоту американської космічної лабораторії "Марінер-ІУ", що наблизилась до Марса на відстань коло 9000 км, внесли точність у питання: в атмосфері цієї планети кисень повністю відсутній. Таким чином, праві були ті мікробіологи, які у дослідах моделювання застосовували суворо анаеробні умови.

Щодо вологості астрономи зійшлися на тому, що водяної пари в марсіанській атмосфері надзвичайно мало, отже, застосовуваною методикою спектроскопії виявити її не можна. Проте посереднім шляхом вони припускають там наявність пароподібної води. Це підтверджують білі шапки біля полюсів планети. Ці шапки (складаються вони, мабуть, із снігу або інею) під час марсіанського літа зменшуються, а іноді зовсім зникають. Беруться також до уваги спостережувані на Марсі білі хмари, а також ранкові й вечірні тумани. За В. Г. Фесенковим і С. Сегеном, вміст водяної пари в атмосфері Марса не повинен перевищувати 0,1%, а за Н. Н. Ситинською - 1% порівняно із земною атмосферою.

Азот вважають найбільш поширеним газом в атмосфері Марса. Його об'єм складає 98,5% (в атмосфері Землі міститься 78,08% азоту).

Атмосферний тиск на поверхні Марса вважають рівним 65 мм ртутного стовпчика. Дані, одержані при польоті "Марінера-ІУ", свідчать про те, що атмосферний тиск там нижчий, не більше 2-3% земного.

Астрономи припускають, що добове коливання температури на екваторі цієї планети відбувається в інтервалі від 25° до -70°С і досягає ще менших величин на полюсі.

Таким чином, умови, що створюються у дослідах по моделюванню марсіанських умов, у більшій або меншій мірі відповідають тим уявленням, які існують в астрофізиці. Тому можна з певним ступенем імовірності припустити, що на Марсі можливе життя організмів, які за своїми властивостями нагадують деяких земних бактерій.

З метою наближення до умов на Юпітері С. М. Сігел і С. Гімарро поміщали лишайники, кактуси та інші рослини, що здатні рости при низькій вологості, в герметичну камеру, в якій була створена атмосфера з суміші метану, водню і аміаку. Через два місяці на листі цих рослин були знайдені життєздатні бактерії. Виявилося, що деякі мікроорганізми здатні розмножуватися в атмосфері, яка містить від 5 до 95% аміаку.

Досліди по моделюванню дають підставу гадати, що якби деякі земні бактерії опинилися на Марсі, то вони могли б там вижити і навіть розвиватися.

Ставлення мікроорганізмів до екстремальних умов

Фізичні і хімічні умови на Марсі суворі порівняно із земними. Проте вони досить "м'які", якщо їх зіставити з умовами на деяких інших планетах і в космічному просторі. Тому великий інтерес являє ставлення земних мікроорганізмів до екстремальних (найбільш суворих) умов зовнішнього середовища.

Високий вакуум. Розвиток техніки одержання високого вакуума дозволив визначити вплив наднизького тиску на мікроорганізми. Ф. Мореллі довів, що не тільки спороутворюючі, а й неспороносні бактерії добре виживали на протязі 35 діб при тиску 10~8 - 10~9 (одна стомільйонна - одна мільярдна) мм ртутного стовпчика.

Об'єктом дослідження О. Імшенецького, М. Богрова і С. Лисенка був ряд бактерій, що утворювали і не утворювали спор, а також гриби. Цими мікроорганізмами просочували смужки фільтрувального паперу, які потім висушували спочатку при 40°С, а далі над прожареним хлористим кальцієм. Після цього їх поміщали на 72 год. при температурі -23°С у високо-вакуумну установку під тиском 10~~8 - 10~9 мм ртутного стовпчика. В цих умовах всі взяті мікроорганізми зберегли життєздатність, а спори грибів вижили навіть краще, ніж при нормальному атмосферному тиску.

Найбільш високий вакуум (3,6*10~10 мм ртутного стовпчика) був застосований у дослідах Д. М. Портера, Д. Р. Спікера, Р. К. Хофмана і X. Р. Філіпса. Спори, а також не спороносні мікроби залишались живими на протязі п'яти діб.

Ця надзвичайно велика стійкість, яку виявляли мікроорганізми, дає підставу гадати, що і вакуум, існуючий у космічному просторі (порядку 10~16 мм ртутного стовпчика), також не буде згубно впливати на них.

Радіоактивне випромінювання

Деякі мікроорганізми виявляють надзвичайну стійкість до дії іонізуючої радіації. Живі мікроорганізми знайдені у відходах і на стінках атомного реактора.

Рентгенівські промені діють сильніше, але й вони в дозах 0,5-1,0 млн. рад не вбивають деяких бактерій. До такого висновку дійшли С. Ж. Данн, В. Л. Кембелл та ін.

Ультрафіолетове випромінювання Сонця у відсутності озонного екрана вбиває не тільки вегетативні клітини, а й спори бактерій. Проте якби останні перебували не на поверхні, а всередині великих частинок космічного пилу і тим більше у внутрішній частині метеоритів, то вони були б захищені від ультрафіолетової радіації. Про це можна судити з результату, одержаного О. О. Імшенецьким у такому досліді. Дрібні мінеральні частинки були змішані із спорами бактерій і розпилені у повітрі, Контролем були ті ж спори, але розпилені без мінеральних частинок. Виявилось, що мінеральні частинки захистили спори від згубного впливу ультрафіолетових променів.

Досліди, проведені на радянських космічних кораблях, показали, що іонізуюча радіація не виявляє несприятливого впливу на бактерії. Під дією слабких доз іонізуючої радіації деякі бактерії і найпростіші стають більш стійкими і здатні витримувати потім високі дози цієї радіації.


18.12.2011

Провідні компанії та навчальні заклади Пропозиції здобуття освіти від провідних навчальних закладів України та закордону. Тільки найкращі вищі навчальні заклади, компанії, освітні курси, школи, агенції.

Щоб отримувати всі публікації
від сайту «Osvita.ua»
у Facebook — натисніть «Подобається»

Osvita.ua

Дякую,
не показуйте мені це!