Биология

Три четверти существующих звезд принадлежат к типам, дающим регулярные мощные вспышки коротковолнового УФ-излучения. Считалось, что оно губительно для многоклеточных организмов, и это ставило вопрос об обитаемости миров у таких солнц. Теперь ученые выяснили, что как минимум некоторые земные многоклеточные вполне переносят подобные вспышки, хотя в нашей системе они не происходят.

Ультрафиолетовое излучение делится на длинноволновое (длина волны — 315-400 нанометров), средневолновое (280-315 нанометров) и коротковолновое (100-280 нанометров). Первый диапазон не особенно опасен для людей, что неплохо, поскольку его слабо поглощает озоновый слой. Второй и в особенности третий намного опаснее: их используют для стерилизации воды, поскольку они достаточно надежно убивают бактерии и другие микроорганизмы. Такое излучение разрывает ДНК и РНК, что ведет к гибели облученной клетки или дезактивации вируса.

По оценкам астрономов, примерно 75 процентов существующих звезд — красные карлики спектрального класса M. Их (и не только их) характерная особенность — сильнейшие вспышки коротковолнового ультрафиолета. Его интенсивность для поверхности планет в зоне обитаемости может достигать 100 ватт на квадратный метр, что равно силе солнечного излучения на поверхности Земли в пасмурный день. Из-за этого многие ученые полагают планеты у красных карликов фактически необитаемыми как минимум в смысле сложных сухопутных организмов.

Исследователи из США решили прояснить этот вопрос, подвергнув коротковолновому УФ-облучения обычный лишайник из земных пустынь. Для этого они взяли ближайший к ним образец Clavascidium lacinulatum и три месяца подряд облучали его такому излучению с силой 55 ватт на квадратный метр. О результатах работы рассказали в статье для журнала Astrobiology.

Лишайники — симбиотические организмы, где за фотосинтез отвечают водоросли, а за их защиту от внешней среды — грибы. После трех месяцев весьма сильного воздействия погибли только 50 процентов водорослевых клеток лишайника. Для сравнения ученые подвергли такому же облучению те же водоросли вне лишайника (без защиты грибов), а затем повторили эксперимент с Deinococcus radiodurans — самым устойчивым к гамма-излучению организмом на Земле. И те, и другие были полностью стерилизованы всего за одну минуту.

Защиту обеспечивал поверхностный темный слой Clavascidium lacinulatum толщиной менее одного миллиметра. Он играл ту же роль, что загар у людей, блокируя УФ-излучение. Такой результат, бесспорно, неожиданный, поскольку в земных условиях никакого коротковолнового ультрафиолета ни этот лишайник, ни какой-либо другой не видят: через озоновый слой оно не проникает. Блокада излучения происходит потому, что лишайник так защищает водоросли внутри себя от средневолнового УФ-излучения. Оно хоть и не стерилизует мгновенно, но при длительном воздействии тоже наносит некоторый вред живым организмам. Излучение поглощается тем лучше, чем короче его длина волны: в результате то, что остановило средневолновой ультрафиолет, весьма неплохо защитило и от коротковолнового.

Авторы исследования задали вопрос: будет ли защита такой же эффективной в бескислородной атмосфере? Это важно, поскольку та же Земля более 80 процентов своей истории имела настолько низкое содержание кислорода в воздухе, что средний современный человек не смог бы в нем выжить. А более 50 процентов ее истории кислорода в атмосфере вообще практически не было. То есть в эволюции жизни бескислородные условия должны быть широко распространены.

После такого лабораторного эксперимента повреждения Clavascidium lacinulatum были еще меньше, чем в обычном воздухе. Видимо, это вызвано отсутствием образования активных форм кислорода под действием ультрафиолета. Из всего этого ученые сделали вывод о пригодности планет вокруг красных и желто-белых (спектральный класс F тоже генерирует мощные УФ-вспышки) звезд для многоклеточной жизни на суше.

Если обычный земной лишайник, никогда не сталкивавшийся со вспышками, смог не просто пережить ее трехмесячный аналог, но и потом возобновить рост, то местные организмы, скорее всего, будут адаптированы еще лучше. Возможно, это справедливо не только для лишайников, но и для истинных (а не колониальных) многоклеточных, которые эволюционируют в подобной среде. Благо защитный слой («загар» лишайников) образуется из соединений, которые встречаются в организмах не только грибов, но и животных.