האם יש חיידקים בחלל?

מדע האסטרוביולוגיה מחפש חוצנים זעירים, שחיים, או או שחיו בעבר, על פני גרמי שמיים שבהם יש תנאים לקיום כזה

כדור הארץ הוא גרם השמיים היחיד המאוכלס ביצורים חיים המוכר לנו. משאבים מועטים יחסית מושקעים בחיפוש אחר חיים בגרמי שמיים אחרים (פלנטות, ירחים) במערכת השמש שלנו. האם יימצאו שם חיים? ומה קורה מחוץ למערכת השמש? האסטרונומים גילו מעט גרמי שמיים שבהם יש תנאים שיכולים לאפשר קיום חיים, אך מקווים שבהמשך ימצאו יותר. האם אמנם יש בהם חיים? ואם ישנם, האם הם מבוססים על אותה ביולוגיה שאנו מכירים? זאת ועוד, יש החושבים על האפשרות של יישוב בני האדם בחלל: על הירח, בתחנות חלל ואולי גם על פלנטות אחרות. האם חיידקים המוכרים לנו יוכלו לסייע לנו בכך? מדע האסטרוביולוגיה מנסה למצוא את התשובות לשאלות הללו.

אסטרוביולוגיה

שילוב הידע בין האסטרונומיה, העוסקת בחקר החלל, ובין הידע המיקרוביולוגי של הסביבה, בעיקר בסביבות קיצוניות על פני כדור הארץ, יכול לאפשר לחזות היכן לחפש יצורים חיים בחלל - לפחות כאלה שדומים בתכונותיהם הביולוגיות-כימיות ליצורים החיים בכדור הארץ, ובייחוד לקיצונאים (extemophiles) שבהם.

כדי להגדיר את תנאי הקיום האפשריים לחיידקים בחלל, מחפשים האסטרוביולוגים את תנאי הקיצון של החיים על פני כדור הארץ ומנסים למצוא אזורים כאלה (או שהיו בעבר כאלה) בפלנטות השכנות לנו ובירחיהן. תנאי קיצון אלה הם למשל טמפרטורות גבוהות (עד 115°C) או נמוכות (-20°C), חומציות גבוהה מאוד (pH~0), בסיסיות גבוהה (pH~11-12), וללא חמצן (החיים הראשוניים על פני הארץ התפתחו ללא חמצן - החמצן באטמוספרה הוא תוצאה של פעילות פוטוסינתטית). נוסף על כך, החיים המוכרים לנו דורשים מים נוזלים, מקורות פחמן (ויסודות אחרים) ומקור אנרגיה - לרוב אור בתחום הנראה, אך לא יותר מדי קרינת UV. 

איפה החלו החיים? כאן או במקום אחר?

כדור הארץ נוצר לפני כ-4.6 מיליארד שנה. עדויות גאולוגיות לחיים קדומים כמו מאובני סטרוֹמָטוֹליטים מספרות לנו על חיידקים פוטוסינתטיים שחיו כאן לפני 3.9 מיליארד שנים. אחת התיאוריות, המקובלת יותר, מציעה שהחיים התפתחו (בתהליך שמקובל לכנותו אבולוציה כימית, או כימיה פרֶה-ביוטית) על פני כדור הארץ (ולא רק פעם אחת...). התיאוריה החלופית, המכונה פַּנספֶּרמיה (מיוונית - "זרע אוניברסלי"), מציעה שהחיים הראשונים הגיעו לכאן באמצעות מטאוריט או כוכב שביט שהתנגשו בכדור הארץ - ושבעצם כולנו צאצאים של חוצנים (וראו: נח ברוש, "חיים מן החלל?" "גליליאו" 68). 

סטרומטוליטים בשארק ביי, אוסטרליה. צילום: Cambridge Carbonates 

חיים בפלנטות אחרות

אם נמצא חיידקים בעלי מאפיינים דומים לחיים על פני כדור הארץ בפלנטות אחרות של מערכת השמש (או בירחים הסובבים אותן), אזי ינתן חיזוק של ממש לתיאוריית הפנספרמיה. המועמדים הטבעיים לכך הם מאדים, נוגה, וכמה מהירחים של צדק ושבתאי. 

שתי אפשרויות עומדות בפני האסטרוביולוגים בנסותם לאתר חיידקים בפלנטות הסמוכות. הראשונה, לנסות ולאתר תנאים מתאים לגידול חיידקים על אותן פלנטות; והשנייה, חיפוש שרידי חיים על מטאוריטים שמקורם בפלנטות אלה. 

גרם השמיים הקרוב ביותר אלינו הוא הירח, וכפי שידוע לנו היום אין ולא היו בו חיים, אם כי בעתיד מקווים למצוא עליו מטאוריטים עם שרידי חיים שיתכן שהגיעו אליו מאזורים אחרים של מערכת השמש.

התנאים השוררים כיום על כוכב הלכת נוגה הם טמפרטורה שמגיעה לכ-450°C, אטמוספרה שמכילה כ-96% פחמן דו-חמצני, ועננים המכילים חומצה גופרתית, ועד לא מזמן נחשבו ככאלה שאינם מאפשרים חיים. ייתכן שהיו שם חיים בעבר, כשהטמפרטורות היו נמוכות יותר והאטמוספרה הייתה שונה. 

בשנת 2004, ד"ר דירק שולץ-מאקוץ' (Schulze-Makuch) ועמיתיו מאוניברסיטת טקסס העלו תהייה לגבי הרכב האטמוספרה של נוגה. לטענתם, פחמן דו חמצני (CO₂) אמור להגיב עם הקרינה החזקה המגיעה מהשמש בתהליך המכונה פוטודיסוציאציה ולהפוך לפחמן חד חמצני (CO). נוסף על כך שלוש החלליות שחקרו את האטמוספרה של נוגה גילו בה שתי תרכובות, מימן גופרי (H₂S) וגופרית דו-חמצנית (SO₂) שאמורות "להשמיד" זו את זו, ותרכובת נוספת, קרבוניל-סולפיד (COS), שמקובל להשתמש בה (על כדור הארץ) כסמן (אינדיקטור) לתהליכים ביולוגיים. שולץ-מאקוץ' טוען שמולקולות אלה מעידות על קיום של חיידקים בטיפות המים שבעננים של הכוכב. לטענתו חיידקים אלה, שחיים בעננים בגובה של 50 ק"מ, שם הטמפרטורה יורדת ל-30-80°C (טמפרטורה סבירה לנוכחות חיים), פולטים כל הזמן לאטמוספרה את תרכובות הגופרית, ומשתמשים באנרגיית השמש כדי להגיב בין הפחמן החד חמצני, הגופרית הדו-חמצנית, ומימן מולקולרי, ליצירת הקרבוניל סולפיד. שלושת החומרים אמנם יכולים להיווצר גם בפעילות וולקנית, אך לדעת החוקרים אין זה סביר, משום שהפעילות הוולקנית של נוגה פחותה כיום בהרבה מזו של כדור הארץ. 

ומה במאדים? היום כבר אין ספק בכך שבעבר זרמו מים על מאדים. נמצאו עדויות לקיומו של ים מלוח קדום ובכיפות של מאדים אף נמצאו מים קפואים. האם זה איפשר חיים? אולי. במאדים נמצא, בשלושה אתרים שונים, הגז מתאן (CH₄), שבמקורו יכול להיות ביולוגי או געשי. בינתיים אין עדויות לפעילות געשית עכשווית על מאדים. אם אכן חיידקים מייצרים את המתאן הם אמורים להיות מתחת לקרקע, באזור חם יחסית המאפשר את קיום המים במצב נוזלי (החיידקים המוכרים לנו המייצרים מתאן חיים בסביבות ללא חמצן). ייתכן שנקבל תשובות לתהיותנו (או לכמה מהן) לאחר שחלליות נוספות יחקרו את מאדים. 

כאן המקום להזכיר את המטאוריט המכונה ALH84001 שמקורו במאדים. המטאוריט נחת באנטארקטיקה לפני 11,000 שנה ושם גם נאסף בשנת 1984. ב-1996 נמצאו בו שרידים אופייניים של המינרל מגנטיט המזכירים כאלה המיוצרים כיום על-ידי חיידקים מגנטוטקטיים. כיום לא נשללת גם האפשרות שמקור שרידים אלה הוא בפעילות כימית-גאולוגית על מאדים. 

אירופה, הקטן מארבעת ירחי גליליאו של צדק, הוא מקום שבהחלט יש להביא בחשבון אפשרות של קיום חיים בו. יש בו אוקיינוס של מים קרים (-7°C עד -57°C) מלוחים, המכוסה קרח בעובי של 10 ק"מ. ייתכן שבמעמקי אוקיינוס זה יש פעילות גאולוגית המאפשרת היווצרות של ארובות הידרותרמיות, כמו ברכסים המרכז אוקייניים בכדור הארץ. ייתכן שעל גנימד, הירח הגדול ביותר של צדק (ומערכת השמש) שוררים תנאים נוחים לחיים. שם גם ייתכן שיש חמצן. גם בטיטאן, הירח הגדול של שבתאי (השני בגודלו במערכת השמש), שמכיל אטמוספרה חנקנית עם מתאן ומולקולות אורגניות, היה כנראה אוקיינוס קדום שהכיל מים ואמוניה. האם תנאים אלה יכלו לאפשר חיים? 

רשות החלל האמריקנית החליטה בשנת 2000 שדגימות ממאדים, מאירופה ומגנימד יבודדו וייבדקו היטב בתנאי בטיחות מרבית, כדי שאם במקרה יש בהם חיים הם לא יזהמו את כדור הארץ. כך רוצים למנוע זיהום אפשרי כזה, המכונה "תסמונת אנדרומדה" - על פי ספרו של מייקל קרייטון "זרע אנדרומדה" (התרגום האחרון לעברית פורסם בהוצאת ספריית מעריב, 1994). החלטה זו היא בעצם יישום של אמנה בין-לאומית מ-1967, שקראה למניעת זיהומים דו-כיוונית. 

ואכן, הזיהום יכול גם להיות בכיוון הפוך - שיטות המחקר שלנו כוללות לעתים הנחתה או ריסוק של חלליות שמקורן בפלנטה שלנו. אם לא טוהרו מיצורים חיים עוד לפני יציאתן לחלל, הן יכולות לזהם את כוכב המטרה בחיידקים "ארציים"...

חיידקים ארציים בחלל

בשנת 1967 נחתה החללית הבלתי מאויישת "סרוויור (Surveyor) 3" על הירח. שלוש שנים מאוחר יותר נחת רכב הנחיתה של החללית אפולו 12 (החללית המאוישת השנייה) ליד סרוויור 3, ומצלמותיה נאספו והוחזרו לכדור הארץ. אז התברר שבתוך המצלמות היו חבויים חיידקי Streptococus mitis ש"זיהמו" את המצלמות לפני היציאה מהארץ ושרדו את כל המסע (לשם ובחזרה) ואת השהות הממושכת על הירח, בתנאי ריק, ללא מזון וללא הגנה מפני קרינה. חשוב לציין שיש אי ודאות מסוימת לגבי נכונות ההנחה בדבר שהיית החיידקים בחלל ויש הסוברים שהמצלמה "הודבקה" בחיידקים בחללית המחזירה או במעבדות על כדור הארץ. חיידקי S. mitis שייכים לפלורה הטבעית שבפינו, כך שבהחלט ייתכן שאסטרונאוט או עובד מעבדה אחר "זיהם" את המצלמה. 

ניסוי מתוכנן ומבוקר היטב בוצע ב-2006. אז יצאה מעבורת החלל אטלנטיס לחלל כשעל סיפונה, ארוזים היטב, חיידקי Salmonella typhimurium (הגורמים למחלה דמוית טיפוס הבטן בעכברים - וראו מדור זה, "גליליאו" 136), שאיפשרו להם לגדול ולהתרבות במשך 24 שעות בזמן הטיסה בחלל. קבוצה דומה של חיידקים שימשה ביקורת לחיידקי החלל, והושארה מאחור במרכז החלל ע"ש קנדי, בתוך מתקן שמדמה בזמן אמת את הטמפרטורה והלחות במעבורת. גם לחיידקים אלה איפשרו להתרבות באותן 24 שעות. לאחר המסע בחלל הוחזרו החיידקים מהמעבורת ומהמתקן למעבדה של מתכננת הניסוי, שריל ניקרסון (Nickerson) באוניברסיטת אריזונה. שם הוזנו עכברים במזון המכיל כמות מדודה של חיידקי הסלמונלה משתי הקבוצות ומידת שרידותם של העכברים נבדקה לאחר 25 יום: בקבוצת העכברים שהודבקו בחיידקים שחזרו מהחלל היתה התמותה 90%, בעוד שבקבוצת הביקורת, שהוזנו בחיידקים שלא יצאו לחלל, היתה התמותה 60% בלבד. 

באנליזה באמצעות שבבי DNA נמצא שיחסית לקבוצת הביקורת באוכלוסיית החיידקים שחזרו מהחלל חלו שינויי ביטוי ב-167 גנים וב-73 חלבונים. שינויי ביטוי אלו נבעו כולם מהפעלתו בחלל, עקב התנאים הפיזיקליים של הטיסה בחלל, של חלבון בקרה המכונה Hfq, והאחראי על שינויי הביטוי של כל אותם גנים. הפעלת גן בקרה יחיד זה גרמה לעלייה הניכרת באלימותם של החיידקים. 

חיידקים יסייעו לאכלוס החלל בבני אנוש

לנו מובן מאליו שבאטמוספרה שמקיפה אותנו יש חמצן, אחרת לא היינו חיים. ברשומה קודמת נוכחנו שחיידקים כחוליים וצאצאיהם שבצמחים הם היצרנים של החמצן החופשי על-ידי ביקוע מולקולות מים בתהליך הפוטוסינתזה. 

בתכנון עתידי של מושבות בחלל, בירח, במאדים או בכל מקום אחר, יש לדאוג למקור חמצן מתחדש, יעיל, יציב וזול שיאפשר את נשימת האנשים.

בשנת 2008 נערך ביפן בהצלחה ניסוי המדמה את התאמתם של חיידקים כחוליים מהסוג Nostoc לקיום ולפעילות פוטוסינתטית בתנאי הלחץ האטמוספרי הנמוך הקיים במאדים ובאדמה המחקה את אדמתו (Martian Regolith Simulant - MRS). ניסויים דומים נערכו במדינות שונות בעולם המעורבות בתוכניות החלל, גם באדמת הירח. תוצאות ניסויים אלו יובאו בחשבון בתכנון ובהפעלת מושבות החלל העתידיות.

חיידקים כחוליים מהסוג Nostoc משמשים בניסויים המדמים תנאים על גבי מאדים.
צילום: Lamiot, wikipedia commons

חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים יוכלו לייצר בעבור מושבות החלל דלקים מסוגים שונים (מימן, מתאן) מחומרי הפסולת המיוצרים במושבה, ואף לייצר ישירות חשמל. קיומנו - גם בחלל, כמו גם על כדור הארץ - יהיה תלוי בפעילות החיידקים.

סיכום

חיידקים יכולים לשרוד מסע לחלל, הן בחלליות וכנראה גם בתוך מטאוריטים. האם החיידקים הראשונים הגיעו לכדור הארץ מהחלל? או שהתפתחו כאן? יש הטוענים שהם עדיין מגיעים גם היום.

וברבות הימים, כשנקים מושבות על גרמי שמיים אחרים, ניעזר בהם ליצירת סביבה אוהדת ליצורי אנוש.

תודה לפרופ' יואב יאיר על הערותיו והארותיו לכתבה.

לקריאה נוספת

ד"ר נח ברוש, "חיים מן החלל?" "גליליאו" 68, 2004.

אבי בליזובסקי, "חשש מחיידקים חייזרים", "גליליאו" 42, 2000.

פרופ' יואב יאיר, "האם יש חיים בעננים של נוגה".

על חיידקים והחיים בנוכחות חמצן, "גליליאו "103, 2007

על מחלת טיפוס הבטן - ונשאים תמידיים שאינם חולים, "גליליאו "136, 2009

פורסם במקור ב"גליליאו" 139 ("חיידקים בחלל?"),  מרץ 2010.