地球上で最も丈夫な植物の一つであるこの苔は、将来の火星植民地化の鍵となるかもしれない

トゥチョンクリエイティブ

人類の宇宙探査の壮大な計画において、火星は常に私たちにとって最も望ましい目的地の一つでした。しかし、この赤い惑星の環境は、薄い大気、極端な温度変化、強烈な放射線、そして液体の水の不足など、地球上の生命にとって極めて過酷です。このような環境の中で人間の居住地をどのように確立するかは、科学者たちが考え続けている問題です。今、地球上で最も過酷な環境のひとつに生息する生命体が、私たちに新たな道を切り開いています。砂漠の苔、エリスロミセス・デンタタです。

Syntrichia caninervis は砂漠地帯によく見られるコケ植物です。中国のグルバントゥングット砂漠、テンゲル砂漠、パミール高原、米国のモハーベ砂漠など、世界中の乾燥した高地や極地に広く分布しています。この目立たない小さな植物は、人類の宇宙探査、さらには将来の火星基地建設に重要なインスピレーションを与えています。

中国科学院新疆生態地理研究所の研究員である張道元氏と彼のチームは、エリスロマイセス・デンタタに対して一連の過酷なテストを実施し、驚くべき結果を得た。

超脱水耐性: 細胞内の水分を 99% 以上失っても、水分を再吸収した後、数秒以内に光合成を再開できます。実験では、完全に乾燥した黒苔が水に触れてからわずか2秒で緑色に戻り、20秒以内に水分含有量の80％以上を回復し、2分以内に光合成能力を完全に回復することが観察されました。この「死から蘇る」能力により、エリスロミセス・セララーテは長期にわたる干ばつ環境でも生き残ることができます。

優れた耐凍結性：-80℃で5年間凍結、または液体窒素（-196℃）で1か月間保存しても生存し、再生することができます。この特性は、Erythromyces serrulate が極度の低温に耐えられる能力があることを示しているだけではありません。注目すべきは、完全に水分を含んだ状態（水分含有量 100%）でも、乾燥状態よりも生存率と再生能力がわずかに低いものの、かなりの耐凍結性を示していることです。

驚異的な耐放射線性：通常の植物の限界の5倍以上である最大5000グレイのガンマ線に耐えることができます。その放射線耐性は、よく知られているクマムシ（一般に「クマムシ」として知られている）の放射線耐性に匹敵します。

複数の極限環境に対する耐性: 火星を模した環境 (低温、95% CO2、低酸素、乾燥、強い紫外線) で 7 日間生存し、成長を再開できます。このテストは、火星の先駆植物としてのエリスロミセス・デンタタの可能性を最もよく示しています。火星の環境をシミュレートした実験では、エリスロミセスは生き残っただけでなく、通常の成長条件が回復した後に再成長することができ、驚くべき生命力を発揮しました。

では、エリスロミセス・デンタタはどうやってこれを実現するのでしょうか?研究者たちは、この苔の驚くべき能力は、その独特な形態学的構造、生理学的生化学、分子適応メカニズムに由来することを発見しました。

まず、形態学的には、エリスロミセス・デンタタは極度に乾燥した環境に適応するために一連の特性を進化させてきました。葉は乾燥すると丸まり、水分が蒸発する表面積を減らします。葉の先端が白いので強い光を反射するだけでなく、水の利用効率も向上します。これらの特性により、Erythromyces serrulate は極度に乾燥した高光量の環境でも生存することができます。

第二に、生理学的および生化学的レベルでは、エリスロミセス・デンタタには独自の適応メカニズムもあります。ストレスの多い状況下では、重要な代謝産物を戦略的に保存する選択的代謝休眠状態に入ります。たとえば、極度のストレス条件下では、エリスロミセスは高レベルのスクロースとマルトースを維持するために鋸歯状構造を形成します。これらは、浸透圧調節剤や細胞構造の維持を助ける保護剤として作用するだけでなく、極度のストレスが軽減された後に急速に回復するためのエネルギーも提供します。さらに、エリスロミセス・デンタタは活性酸素を除去する能力が強く、カタラーゼ、グルタチオンS-トランスフェラーゼ、ペルオキシダーゼを高レベルで蓄積することでストレスに反応します。

分子レベルでは、Erythromyces dentata の多重ストレス耐性には複雑な制御メカニズムが関与しています。この研究では、ストレス関連の後期胚発生豊富タンパク質（LEA）遺伝子とカタラーゼ遺伝子の拡大、および光保護初期光誘導タンパク質（ELIP）をコードする遺伝子の直列複製が、エリスロミセス・セラレイトの極限環境の重要な分子基盤であることが判明しました。極度のストレス条件下では、これらの調節メカニズムには、光合成、タンパク質恒常性、抗酸化防御、細胞修復などの重要なプロセスに関連する遺伝子とタンパク質の正確な調節も含まれます。

エリスロミセス・セララーテのこれらの特性により、この植物は将来の火星植民地化にとって理想的な先駆植物となります。火星の厳しい環境条件に適応できるだけでなく、光合成によって酸素を生成し、炭素を固定し、土壌を改善し、他の生物が生息できる環境を作り出すこともできます。地球上では、エリスロミセス・セララテスは生物学的土壌地殻の重要な構成要素であり、砂漠の生態系において重要な役割を果たしています。これらは砂の表面を安定させ、土壌の保水力を高め、生物学的窒素固定を通じて痩せた砂漠の土壌に栄養分を供給します。これらの特性により、エリスロミセス・デンタタは火星環境のテラフォーミングに最適な候補となります。

さらに、エリスロミセス・セラレイトの遺伝子は、ストレス耐性がより高い作物の育種にも利用できる可能性があります。遺伝子工学技術により、極限環境でも生育できる新しい作物を開発できるかもしれません。それは、地球上でますます深刻化する環境変化に対応できるだけでなく、将来の恒星間移民に食糧源を提供することもできます。

人類が火星に自給自足の居住地を確立するにはまだ長い道のりがあるが、エリスロミセス・デンタタの研究は私たちに新たな考え方をもたらしました。将来的には、この小さな植物は実際に火星や月へ運ばれて実地試験が行われ、人類の恒星間移住に貢献することになるかもしれない。中国の「天問1号」やその他の火星探査ミッションの成功により、近い将来、赤い惑星でエリスロミセス・セララーテが生育しているのを目にすることができ、人類の火星移住への道が開かれると信じています。

エリスロミセス・デンタタの研究は、星間探査にとって非常に重要であるだけでなく、地球上の環境保護と生態系の回復にも重要な意味を持っています。地球規模の気候変動を背景に、こうした極限環境における生物の生存戦略を理解し、活用することで、ますます深刻化する環境問題に対処するための新たなアイデアや方法が得られるかもしれません。

エリスロミセス・デンタタの物語は、人間の知恵と自然の奇跡の完璧な組み合わせであり、生命の粘り強さと科学的探究の無限の可能性を示しています。

この記事は科学普及中国創造育成プログラムの支援を受けた作品です。

著者: 楊 麒麟博士、中国科学院新疆生態地理研究所

査読者: 王康、北京植物園科学センター所長、教授レベルの上級エンジニア。首都師範大学生命科学学院准教授 顧磊

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司