Kosmos – nowa przestrzeń badawcza UPWr

Nie przypadkiem w jednym z kosmicznych projektów badawczych (finansowanych przez NCBiR) uczestniczą mykolodzy z UPWr. Od kilkudziesięciu lat zajmują się grzybami – wyjątkowymi organizmami, do niedawna jeszcze błędnie zaliczanymi do królestwa roślin, choć zdecydowanie bliżej im do zwierząt (między innymi wspólne pochodzenie grzybów, zwierząt i wiciowców pozwoliło przyrodnikom z początkiem tego stulecia zaliczyć grzyby do tej samej grupy organizmów zwanych jądrowcami).

Na Ziemi grzyby występują w każdym właściwie środowisku. Rozpoznanych jest około 160 tysięcy gatunków, ale prof. Matkowski jest przekonany, że jest ich o wiele więcej. Ich znaczenie w ekosystemach jest nie do przecenienia – mają zdolność rozkładu celulozy, są źródłem materii nieorganicznej, pokarmem dla drobnoustrojów itd., przy czym są stosunkowo mało wymagające. To dlatego właśnie grzyb ma zostać ulokowany w specjalnej kapsule, którą satelita zabierze na orbitę okołoziemską.

Projekt, w którym jednym z zadań badawczych kieruje właśnie prof. Krzysztof Matkowski z UPWr, zakłada wyniesienie na orbitę okołoziemską specjalnie skonstruowanej skrzynki, w której na 5 płytkach umieszczone zostaną specjalnie dobrane organizmy. Celem jest sprawdzenie, jak wpływa na nie mikrograwitacja.

Od listopada ubiegłego roku trwają prace studialne nad kształtem tego mikrolaboratorium, które poleci na orbitę (sprawa jej transportu to w projekcie zadanie firmy SatRevolution). W skrzynce o zewnętrznych wymiarach 10 na 10 centymetrów, czyli wewnątrz 7 na 7 cm, musi znaleźć się pięć odizolowanych płytek, każda z odpowiednim podłożem, dostępem tlenu, wody, systemem utrzymania temperatury (przy założeniu, że ta na zewnątrz może się wahać od -230 do 250 stopni). A to tylko część trudności. Równocześnie przecież trzeba pracować nad wyborem organizmu, którego funkcjonowanie w kosmosie zbadamy.

Pracują nad tym różne zespoły wrocławskich naukowców. Podział zadań w tym kosmicznym projekcie wyjaśnia prof. Anna Chełmońska-Soyta, prorektor ds. innowacji i współpracy z gospodarką: – Zadania Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnych są realizowane przez Laboratorium Doświadczalnej Terapii Przeciwnowotworowej, którego kierownikiem jest prof. Joanna Wietrzyk (nota bene absolwentka weterynarii na UPWr) i Laboratorium Immunologii Rozrodu, którym ja kieruję. Zespół prof. Wietrzyk skupia się na określeniu właściwości komórek nowotworowych w przestrzeni kosmicznej. Nad komórkami nowotworowymi pracują też na Uniwersytecie Medycznym. Zadaniem mojego laboratorium jest określenie właściwości i zachowania limfocytów w przestrzeni kosmicznej. UPWr z kolei na czele z prof. Matkowskim chce wysłać grzyby i ocenić ich właściwości w warunkach orbitalnych. Całość projektu spina Politechnika Wrocławska i laboratorium prof. Jana Dziubana, które projektuje zminiaturyzowane urządzenia typu lab-on-chip, w których możliwa jest hodowla i ocena właściwości biologicznych komórek. Nowością tego projektu jest to, że pracujemy w nanoskali – podkreśla prof. Chełmońska-Soyta.

Prof. Krzysztofa Matkowskiego to wyzwanie wyraźnie ekscytuje: – Kosmos nie zmienia  mojego podejścia do badań ani technik, którymi się posługuję. Kosmos to jedynie miejsce o odmiennych warunkach, nowa przestrzeń badawcza. Jedyne novum to bardzo ograniczone pod względem powierzchni miejsce do badań. Paradoksalnie: ogromny kosmos, a laboratorium musi być tak mikroskopijne. Odwrotnie niż na Ziemi. Miniaturyzacja – to jest fajne wyzwanie!

Prof. Matkowski nie ma wątpliwości, co chce umieścić w tym mikroskopijnym laboratorium: – Jeśli poszukujemy organizmów, które mogłyby na innej planecie „rozprowadzić” życie, to warto zacząć od grzyba i wykorzystać jego glebotwórczy charakter. To organizm pionierski, a przy tym najmniej wymagający – wystarczy kropla wody, by funkcjonował i rozmnażał się. Bakterie, jeśli pominiemy niektóre grupy rozwijające się w nieprzyjaznym środowisku, zazwyczaj są znacznie bardziej wymagające. Żeby gleba stała się źródłem życia innych organizmów, musi być z grzybami.

Oczywiście grzyb, nad którego wyborem pracuje zespół profesora Matkowskiego, nie będzie pierwszym ani jedynym testowanym poza ziemią, w końcu astrobiologia to zbiorowe dzieło tysięcy badaczy. – My szukamy grzyba, który spełni konkretne kryteria – wyjaśnia profesor. – Po pierwsze musi być ciepłolubny, bo w tej samej skrzynce, po sąsiedzku, będą na orbicie badane komórki ludzkie. Chcemy też, by był to gatunek powszechnie występujący, a także o kontrastowym wyglądzie poszczególnych komórek, co ułatwi monitorowanie zachodzących w nich procesów.

Prace studialne trwają, ale profesor Matkowski uważa, że dobrym organizmem testowym będzie Sordaria fimicola (SF), grzyb stosunkowo powszechny, występujący na całym świecie. Naturalnym siedliskiem tego gatunku są odchody zwierząt roślinożernych. Rozpoznanie zachowania w kosmosie tego gatunku, mogłoby w przyszłości, jeśli ludzie zaczną kolonizować inne planety, okazać się przydatne także w rozwiązaniu prozaicznego problemu, jakim będzie likwidacja ich odchodów.

Szczepy Sordaria sp. są podobne morfologicznie, wytwarzają czarne owocniki – perytemia zawierające worki z ośmioma ciemnymi askosporami w układzie liniowym. Gatunki SF mają cechy przydatne w badaniach genetycznych. Wszystkie mają krótki cykl życia, zwykle 7-12 dni, i są łatwe w hodowli. Większość gatunków jest homotaliczna (jednopłciowa), a każdy szczep jest izogeniczny.

Czy to ten grzyb przejdzie próby i poleci na orbitę – dowiemy się za kilka miesięcy. Czy to on zacznie rozsiewać znane nam formy życia w kosmosie? My raczej się już nie dowiemy, ale i tak tego rodzaju badania bardzo poszerzają horyzont ludzkiego poznania. – Dziś wiemy niewiele, na przykład to, że promieniowanie kosmiczne wywołuje silne zmiany w genomie każdego organizmu, ale także i to, że w przypadku grzybów niektóre rodzaje promieniowania (naświetlanie ultrafioletem) powoduje, że te organizmy lepiej funkcjonują – uśmiecha się prof. Matkowski.

Bakteria na Marsa

Według aktualnego stanu wiedzy w naszym Układzie Słonecznym poza Ziemią są cztery miejsca uważane za potencjalnie przyjazne dla życia, głównie ze względu na prawdopodobieństwo występowania tam wody: Mars, Europa, czyli księżyc Jowisza, i dwa księżyce Saturna: Tytan i Enceladus. Nic dziwnego, że znajdują się one w centrum uwagi badaczy i polityków.

W tym roku zaplanowano kilka misji marsjańskich: Amerykanie zamierzają na Czerwoną Planetę wysłać łazik Mars 2020, a start pierwszego marsjańskiego łazika z Europy zaplanowano na 25 lipca. Misje na Marsa zapowiadają też Chiny, które chcą wysłać w kierunku Czerwonej Planety orbiter Huoxing-1 i lądownik z łazikiem oraz Zjednoczone Emiraty Arabskie, które planują w lipcu wysłać na japońskiej rakiecie H-IIA sondę Mars Hope (o szczegółach można przeczytać tutaj).

Na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu naukowcy także uważnie śledzą marsjańskie poszukiwania, a w niektórych gabinetach toczą się takie dyskusje:

– Wyślijmy bakterie przetrwalnikujące zdolne do transformacji składników atmosfery i gruntów marsjańskich. Będziemy monitorować, jak znoszą podróż.

– Również metylotrofy możemy brać pod uwagę mają mniejsze wymagania. Poza tym nie muszą być aktywne w czasie lotu...

Uczelnia weszła w skład zawiązanego jesienią konsorcjum zaangażowanego w polską misję na Marsa (ogłoszoną przez przedstawicieli rządu w październiku zeszłego roku). Projekt o nazwie Mars 2023 zakłada wysłanie małego bezzałogowego satelity o masie mniejszej niż 50 kg. Kosmiczna sonda miałaby wykonywać obrazowanie satelitarne Marsa i jego księżyca Fobosa. Poza aparaturą do zdjęć, sonda ma być też wyposażona w czujniki podczerwieni i spektrometr. Jest też pomysł, aby na jej pokład zabrać komórki mikroorganizmu i sprawdzać, jak będą zachowywać się podczas lotu. Konsorcjum, które miałaby zrealizować to przedsięwzięcie obejmuje wrocławską spółkę SatRevolution, kalifornijską Virgin Orbit i osiem polskich uczelni. Nietrudno się domyślić, jakie zadania przypadają UPWr.

Prof. Anna Chełmońska-Soyta do zespołu odpowiedzialnego za ten marsjański projekt zaprosiła najlepszych. Satelitarni geodeci, czyli profesorowie Witold Rohm i Krzysztof Sośnica, odpowiadaliby za prawidłowe przetwarzanie danych przesłanych z satelity. Profesorowie Stanisław Pietr – badacz świata bakterii, Krzysztof Matkowski – mykolog, Arkadiusz Miążek – genetyk – już dyskutują, jaki typ komórek należałoby wysłać w pierwszej polskiej misji marsjańskiej i czy powinny być one aktywne podczas lotu. Przytoczona wymiana zdań o bakteriach, które należałoby na Marsie lub w drodze na niego przebadać, to fragment rozmowy genetyka z bakteriologiem, profesora Miążka z profesorem Pietrem. Jest też w zespole prof. Andrzej Białowiec – ekspert gospodarki odpadami, zajmujący się m.in. technologiami biologicznego przetwarzania odpadów, który dla wskazanego mikroorganizmu dobierze odpowiednie podłoże. W tym projekcie największą niewiadomą są jednak pieniądze – nie wiadomo, czy znajdą się odpowiednie środki na polską misję Mars 2023.

jc