Dieses Moos ist eine der widerstandsfähigsten Pflanzen der Erde und könnte der Schlüssel zur zukünftigen Kolonisierung des Mars sein

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Im großen Plan der menschlichen Erforschung des Universums war der Mars schon immer eines unserer begehrtesten Ziele. Allerdings sind die Bedingungen auf dem Roten Planeten für irdisches Leben äußerst rau: eine dünne Atmosphäre, extreme Temperaturschwankungen, intensive Strahlung und ein Mangel an flüssigem Wasser. Wie man in einer solchen Umgebung menschliche Lebensräume schaffen kann, ist eine Frage, über die Wissenschaftler nachgedacht haben. Jetzt eröffnet uns eine Lebensform aus einer der rauesten Umgebungen der Erde einen neuen Weg: das Wüstenmoos Erythromyces dentata.

Syntrichia caninervis ist ein Moos, das häufig in Wüstengebieten vorkommt. Es ist in trockenen, hochgelegenen und polaren Regionen auf der ganzen Welt weit verbreitet, beispielsweise in der Gurbantunggut-Wüste, der Tengger-Wüste, dem Pamir-Plateau in China und der Mojave-Wüste in den Vereinigten Staaten. Diese unscheinbare kleine Pflanze ist eine wichtige Inspiration für die menschliche Erforschung des Weltraums und sogar für den Bau einer zukünftigen Basis auf dem Mars.

Zhang Daoyuan, ein Forscher am Xinjiang-Institut für Ökologie und Geographie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, und sein Team führten eine Reihe extremer Tests an Erythromyces dentata durch, und die Ergebnisse waren erstaunlich:

Extrem hohe Dehydrationstoleranz: Selbst wenn es mehr als 99 % seines Zellwassers verliert, kann es die Photosynthese nach der erneuten Wasseraufnahme innerhalb von Sekunden wieder aufnehmen. Im Experiment wurde beobachtet, dass vollständig getrocknetes schwarzes Moos nach dem Kontakt mit Wasser innerhalb von nur 2 Sekunden seine grüne Farbe zurückerlangte, innerhalb von 20 Sekunden mehr als 80 % seines Wassergehalts wiederherstellte und innerhalb von 2 Minuten seine Photosynthesekapazität vollständig wiederherstellte. Diese Fähigkeit, „von den Toten aufzuerstehen“, ermöglicht es Erythromyces serrulate, in Umgebungen mit lang anhaltender Dürre zu überleben.

Hervorragende Frostbeständigkeit: Es kann überleben und sich regenerieren, nachdem es 5 Jahre lang bei -80 °C eingefroren oder 1 Monat lang in flüssigem Stickstoff (-196 °C) gelagert wurde. Diese Eigenschaft zeigt nicht nur die Fähigkeit von Erythromyces serrulate, extrem niedrige Temperaturen zu ertragen. Bemerkenswert ist, dass es auch im vollständig hydratisierten Zustand (100 % Wassergehalt) noch eine beachtliche Frosttoleranz aufweist, allerdings sind Überlebensrate und Regenerationsfähigkeit etwas geringer als im trockenen Zustand.

Erstaunliche Strahlungsresistenz: Sie kann bis zu 5000 Gray Gammastrahlen standhalten, was mehr als dem Fünffachen der zulässigen Strahlungsgrenze gewöhnlicher Pflanzen entspricht. Seine Strahlungsresistenz ist mit der der bekannten Bärtierchen (allgemein als „Wasserbären“ bekannt) vergleichbar.

Toleranz gegenüber mehreren extremen Umgebungen: Kann 7 Tage lang überleben und in einer simulierten Marsumgebung (niedrige Temperatur, 95 % CO2, wenig Sauerstoff, Trockenheit und starke UV-Strahlung) wieder wachsen. Dieser Test veranschaulicht am besten das Potenzial von Erythromyces dentata als Pionierpflanze auf dem Mars. In der simulierten Marsumgebung überlebte Erythromyces nicht nur, sondern konnte nach der Wiederherstellung normaler Wachstumsbedingungen auch wieder wachsen und zeigte damit eine unglaubliche Vitalität.

Also, wie macht Erythromyces dentata das? Die Forscher fanden heraus, dass die erstaunlichen Fähigkeiten dieses Mooses auf seine einzigartige morphologische Struktur, physiologische Biochemie und molekulare Anpassungsmechanismen zurückzuführen sind:

Erstens hat Erythromyces dentata morphologisch eine Reihe von Merkmalen entwickelt, um sich an extrem trockene Umgebungen anzupassen. Seine Blätter können sich beim Trocknen einrollen, wodurch die Oberfläche, auf der Wasser verdunsten kann, verringert wird. Die weißen Blattspitzen reflektieren nicht nur starkes Licht, sondern verbessern auch die Wassernutzungseffizienz. Diese Eigenschaften ermöglichen es Erythromyces serrulate, in extrem trockenen Umgebungen mit viel Licht zu überleben.

Zweitens verfügt Erythromyces dentata auch auf physiologischer und biochemischer Ebene über einen einzigartigen Anpassungsmechanismus. Unter Stressbedingungen tritt es in einen selektiven metabolischen Ruhezustand ein, der wichtige Metaboliten strategisch konserviert. Unter extremen Stressbedingungen beispielsweise sorgt Erythromyces serrulates dafür, dass die Konzentrationen von Saccharose und Maltose hoch bleiben. Diese Stoffe wirken nicht nur als osmotische Regulatoren und Schutzstoffe und helfen so, die Zellstruktur aufrechtzuerhalten, sondern liefern auch Energie für eine schnelle Erholung nach der Linderung extremen Stresses. Darüber hinaus verfügt Erythromyces dentata über eine ausgeprägte Fähigkeit, reaktive Sauerstoffspezies zu binden und reagiert auf Stress mit der Ansammlung hoher Konzentrationen von Katalase, Glutathion-S-Transferase und Peroxidase.

Auf molekularer Ebene sind für die Multistresstoleranz von Erythromyces dentata komplexe Regulationsmechanismen erforderlich. Die Studie ergab, dass die Expansion des Gens für das stressbedingte Protein der späten Embryogenese (LEA) und des Katalase-Gens sowie die Tandem-Duplikation von Genen, die für photoprotektive frühe lichtinduzierte Proteine ​​(ELIPs) kodieren, wichtige molekulare Grundlagen der extremen Umgebung von Erythromyces serrulate sind. Unter extremen Stressbedingungen umfassen diese Regulationsmechanismen auch die präzise Regulierung von Genen und Proteinen, die mit Schlüsselprozessen wie Photosynthese, Proteostase, antioxidativer Abwehr und Zellreparatur in Zusammenhang stehen.

Diese Eigenschaften von Erythromyces serrulate machen ihn zu einer idealen Pionierpflanze für die zukünftige Besiedlung des Mars. Es kann sich nicht nur an die rauen Umweltbedingungen auf dem Mars anpassen, sondern auch durch Photosynthese Sauerstoff produzieren, Kohlenstoff binden, den Boden verbessern und Lebensbedingungen für andere Organismen schaffen. Auf der Erde ist Erythromyces serrulates ein wichtiger Bestandteil der biologischen Bodenkruste und spielt eine entscheidende Rolle in Wüstenökosystemen. Sie stabilisieren die Sandoberfläche, verbessern die Wasserspeicherfähigkeit des Bodens und versorgen karge Wüstenböden durch biologische Stickstofffixierung mit Nährstoffen. Diese Eigenschaften machen Erythromyces dentata zu einem idealen Kandidaten für die Terraformung der Marsumgebung.

Darüber hinaus können die Gene von Erythromyces serrulate auch zur Züchtung von Nutzpflanzen mit höherer Stressresistenz genutzt werden. Mithilfe der Gentechnik können wir möglicherweise neue Nutzpflanzen entwickeln, die in extremen Umgebungen wachsen und nicht nur mit den immer schwerwiegenderen Umweltveränderungen auf der Erde zurechtkommen, sondern auch eine Nahrungsquelle für zukünftige interstellare Einwanderer darstellen.

Obwohl die Menschheit noch einen langen Weg vor sich hat, bis sie auf dem Mars einen autarken Lebensraum schaffen kann, hat uns die Untersuchung von Erythromyces dentata eine neue Denkweise eröffnet. In Zukunft könnte diese winzige Pflanze tatsächlich zu Feldversuchen zum Mars oder zum Mond gebracht werden und so zur interstellaren Migration der Menschheit beitragen. Angesichts des Erfolgs der chinesischen Mission „Tianwen-1“ und anderer Marserkundungsmissionen bin ich davon überzeugt, dass wir in naher Zukunft das Wachstum von Erythromyces serrulate auf dem roten Planeten beobachten können, was den Weg für die Migration des Menschen zum Mars ebnen würde.

Die Untersuchung von Erythromyces dentata ist nicht nur für die interstellare Erforschung von großer Bedeutung, sondern hat auch wichtige Auswirkungen auf den Umweltschutz und die ökologische Wiederherstellung auf der Erde. Vor dem Hintergrund des globalen Klimawandels kann uns das Verständnis und die Nutzung der Überlebensstrategien von Organismen in diesen extremen Umgebungen neue Ideen und Methoden zur Bewältigung zunehmend schwerwiegenderer Umweltprobleme liefern.

Die Geschichte von Erythromyces dentata ist die perfekte Kombination aus menschlicher Weisheit und den Wundern der Natur und veranschaulicht die Hartnäckigkeit des Lebens und die unendlichen Möglichkeiten der wissenschaftlichen Erforschung.

Dieser Artikel ist eine Arbeit, die vom Science Popularization China Creation Cultivation Program unterstützt wird

Autor: Yang Qilin, PhD, Xinjiang-Institut für Ökologie und Geographie, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Gutachter: Wang Kang, Direktor des Beijing Botanical Garden Science Center, leitender Ingenieur auf Professorenebene; Gu Lei, Außerordentlicher Professor der School of Life Sciences, Capital Normal University

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.