DARPA: ჩვენ ვქმნით ორგანიზმებს, რომლებითაც მარსის ტერაფორმირებას განვახორციელებთ

DARPA: ჩვენ ვქმნით ორგანიზმებს, რომლებითაც მარსის ტერაფორმირებას განვახორციელებთ

 ამ პროექტების მთავარი მიზანია მარსის ტერაფორმირება – წითელი პლანეტის შიშველ და უსიცოცხლო ზედაპირზე გენეტიკურად მოდიფიცირებული ციანობაქტერიები, წყალმცენარეები, მწვანე მცენარეები და სხვა ორგანიზმები დასახლდებიან, გამრავლდებიან და ფოტოსინტეზის მეშვეობით, მარსის ატმოსფეროს ჟანგბადით გაამდიდრებენ.

 ტერაფორმირებული მარსი მხატვრის თვალით(სურათი: Daein Ballard/Wikimedia Commons)

 “პირველად მეცნიერების ისტორიაში, შევიმუშავეთ ტექნოლოგიები, რომელთა მეშვეობითაც აქ, დედამიწაზეც და არასტუმართმოყვარე წითელ პლანეტაზეც, უდაბურ ადგილებს მწვანე წალკოტებად გარდავქმნით. ჩვენ წავალთ მარსზე და, რამდენ ხანსაც მოვისურვებთ – დავრჩებით”. – ამბობს ალისია ჯექსონი, DARPA–ს ახალი ბიოლოგიური ტექნოლოგიების ოფისის დირექტორის მოადგილე.

 “დედამიწაზე 30 მილიარდამდე სხვადასხვა ორგანიზმია. ამ ეტაპზე, გენური ინჟინერიისთვის მხოლოდ ორს ვიყენებთ. თუმცა აუცილებელია, რომ ჩვენთვის საჭირო შეგუებულობების (ნიშან–თვისებების) მქონე ნებისმიერი ორგანიზმი გამოვიყენოთ. დღევანდელი ბიოსაინჟინრო კომპიუტერული პროგრამირება არაეფექტურია და მხოლოდ საინტერესო თეორიული სტატიების გამოქვეყნებისთვის თუ გამოდგება”. – აღნიშნავს ალისია.

 DARPA–ს და მისი პარტნიორი ორგანიზაციების პროგრამისტებმა ახლახანს შეიმუშავეს პროგრამა DTA GView, რომელსაც ჯექსონი “Google–ის გენომების რუკას” უწოდებს. –“საკმარისია ღილაკს დავაჭირო, და ვიპოვი ნებისმიერ გენომს, ნებისმიერი ლოკაციით, შემდეგ კი მათ საუკეთესო თანმიმდევრობას შევადგენ, რაც ორგანიზმის საუკეთესო ვარიანტის შექმნაში დამეხმარება”.

 DTA Gview–ს ერთ–ერთი გამოსახულება As, Ts, და Gs სახელით ცნობილი გენების სერიებით. Jason Koebler.

 რამდენად უტოპიურადაც არ უნდა ჟღერდეს, DARPA უკვე შეუდგა ამ კომპიუტერული პროგრამის დახმარებით, ადამიანთა პოპულაციიდან, გენეტიკურ დაავადებათა აღმოფხვრის მექანიზმების შემუშავების განხორციელებას. DARPA ეკოლოგიური კატასტროფების შედეგად დაზარალებული რეგიონების აღდგენასაც გეგმავს, სახელდობრ, გენური ინჟინერიის დახმარებით შეიქმნება ისეთ ექსტრემალურ პირობებში მოზარდი ორგანიზმები (extremophile organisms), როგორიცაა მარილიანი უდაბნოები და რადიაციული სამარხები. გარკვეული ხნის შემდეგ ეს ორგანიზმები ეკოლოგიური უბედურების ზონებს იმგვარად გარდაქმნიან, რომ ძირეულად დედამიწისეულ ორგანიზმებს იქ დაბრუნების საშუალება მიეცემათ.

 და აი, მარსის ტერაფორმირების იდეასაც მივუახლოვდით. მეცნიერები მიიჩნევენ, რომ ექსტრემალური ორგანიზმების მიერ ეკოლოგიური კატასტროფების ადგილების გაჯანსაღების მრავალწლიანი პრაქტიკის შემდეგ მარსის ეკოსისტემის გარდაქმნასაც მოვახერხებთ. მთავარი მიზანია სიცოცხლის ნებისმიერი ფორმიდან გამოვყოთ გენები, რომლებიც ექსტრემალურ გარემოში გადარჩენისთვის საჭირო ადაპტაციური ნიშან–თვისებების განვითარებას განაპირობებენ და შევქმნათ ორგანიზმები, რომლებიც მარსზე გადარჩებიან. – “სავარაუდოდ, ყველაფერი მიკროორგანიზმებიდან დაიწყება.” – აღნიშნავს ალისია. –“თუმცა, აუცილებლად მივალთ მრავალუჯრედიან ორგანიზმებამდეც”.

მარსის კოლონიზაციის გასაღები ამ პატარა, მწვანე ფერის მიკროორგანიზმებშია

 დიდი ხნის წინათ, სწორედ ციანობაქტერიებმა (cyanobacteria) გარდაქმნეს დედამიწის უსიცოცხლო გარემო საოცარი მრავალფეროვნების მქონე ბიოსფეროდ. ამიტომ ბევრი მეცნიერი მიიჩნევს, რომ მარსის ტერაფორმირების გასაღები სწორედ ციანობაქტერიების გამრავლებაშია.

 NASA–ს მიზნობრივი კვლევების ინსტიტუტის ასტრობიოლოგი, ლინ როთშილდი მიიჩნევს, რომ მარსზე მცენარეებს გაუჭირდებათ; სამაგიეროდ, პაწაწინა, მწვანე, ძალიან გამძლე, ფოტომასინთეზირებელი ციანობაქტერიები სულ მცირე გენეტიკური მოდიფიცირების მეშვეობით მარსზე ფართოდ განსახლდებიან. სტატიაში ნაჩვენებია, რომ ფოტოსინთეზის გარდა, ციანობაქტერიებიდან შეიძლება ვიტამინებით და მინერალებით მდიდარი საკვები, სასუქი, საწვავი, ლითონები, პლასტმასა, სამედიცინო და სხვა მრავალი პროდუქტიც მივიღოთ.

ელემენტების გამოყოფა და სამადნო მრეწველობა

 ბევრ სამეცნიერო–ფანტასტიკურ ნაწარმოებში თუ ფილმში გვინახავს, თუ როგორ მოჰყავთ ადამიანებს მარსზე და მარსის სადგურებზე კარტოფილისა და პურის მდიდარი მოსავალი; სინამდვილეში, მარსზე მცენარეების გაზრდა ძალზე დიდი სირთულეებთანაა დაკავშირებული: უპირველეს ყოვლისა იმიტომ, რომ მარსის გრუნტს უმნიშვნელოვანესი ქიმიური კომპონენტები აკლია.

 მარსმავალ “Curiosity”–ს მიერ გადაღებული საკუთარი ნაკვალევი მარსზე.

 მაგალითად, მარსზე აზოტის მიზერული რაოდენობაა, სამაგიეროდ მცენარეებს ის დიდი რაოდენობით სჭირდებათ. დედამიწისეულ ნიადაგში აზოტი ამინიუმის მარილების ან/და ნიტრატების სახითაა (NH4+ / NO3–), რომლებიც წყალში ხსნადი მარილებია და მცენარეები მათ ითვისებენ. მარსზე აზოტი მხოლოდ აირის – N2 სახითაა და მარსის გრუნტში მისი დაგროვება არ ხდება, მასასადამე, მცენარეებისათვის ბიოლოგიურად ათვისებადი აზოტი მარსზე არ გვაქვს. ეს მონაცემები მარსმავალმა “Curiosity”–მ 2017 წლის მარტში შეაგროვა.

 მსგავსი პრობლემა დედამიწაზე ნიადაგების გამოფიტვისას წარნმოიშობა, თუმცა ასეთ შემთხვევაში ჩვენ ბიოლოგიურ “იარაღს” – მიკროორგანიზმებს ვიყენებთ: აზოტფიქსატორი მიკროორგანიზმების უდიდესი ჯგუფი ციანობაქტერიებია – მათ სპეციალური ენზიმები გააჩნიათ, რომელთა მეშვეობითაც ატმოსფეროდან აიროვან N2–ს ითვისებენ და ამონიუმის მარილებად ან/და ნიტრატებად გარდაქმნიან. დედამიწაზე აზოტფიქსატორები მცენარეთა ფესვებთან სიმბიოზურად თანაარსებობენ და მოწოდებული ფოტოსინტეზური ნახშირწყლების სანაცვლოდ, აზოტოვან მინერალებს მიაწვდიან. მაშასადამე, შესაძლებელია, რომ მარზე აზოტფიქსატორი ციანობაქტერიები შევიყვანოთ: ისინი მარსის ატმოსფეროდან აიროვან აზოტს აითვისებენ და მარსის გრუნტში, მცენარეებისათვის ათვისებადი მინერალების სახით გადაიტანენ.

 სათბური და საცხოვრებელი კომპლექსები მარსზე მხატვრის თვალით. ЕSA.

 თუმცა, რა ვუყოთ ისეთ მინერალებს, როგორებიცაა მცენარეებისა და ადამიანისთვის აუცილებელი: ფოსფორი, მაგნიუმი, კალიუმი, კალციუმი, თუთია, რკინა და უამრავი სხვა? ამ მხრივ, შეიძლება ითქვას რომ. ძალიან გაგვიმართლა – ეს ელემენტები მარსის ლოდებსა და გრუნტში მრავლად მოიპოვება. და ისევ – ციანობაქტერიებს ამ ელემენტების სუფთა სახით გამოყოფა შეუძლიათ; ზოგიერთი სახეობა პირდაპირ “ლითონის მომნელებელ” ენზიმებს გამოიმუშავებს, რის შედეგადაც, მილიარდობით წლის წინათ, ცოცხალმა ორგანიზმებმა დედამიწის მეტალო–ბაზალტოვანი გრუნტი ნიადაგებად აქციეს.

 მაშასადამე, უკვე დიდი ხანია დამტკიცებულია, რომ ბაქტერიები მინერალების ათვისება–გამოყოფაში ნამდვილი ჩემპიონები არიან, თუმცა, სულ მცირე გენეტიკური “შეღიტინების” წყალობით, შეგვიძლია მათი სასარგებლო უნარები გაცილებით უფრო დიდი მასშტაბებით გამოვიყენოთ. მაგალითად, უკვე იმდენი მოვახერხეთ, რომ მათ სამთამადნო – ჩამდინარე წყლებიდან სუფთა სპილენძის, ოქროსა და სხვა იშვიათი მეტალების სუფთა სახით გამოყოფასაც კი ვაიძულებთ; ეს პროცესი არა მარტო ძვირფასი მეტალების უზარმაზარ დანაკარგებს ანაზღაურებს, არამედ ჩამდინარე წყლებსაც საფუძვლიანად ასუფთავებს. ისეთი გიგანტი კომპანიები, როგორიცაა, მაგალითად, Deep Space Industries, ასტეროიდებიდან პლატინის დიდი რაოდენობით გამომყოფი ციანობაქტერიების გენეტიკურ ინჟინერიასა და სინთეზზე მუშაობს. მინერალების მხრივ, მარსი ძალზე მიმზიდველია.

საკვები

 წელს საერთაშორისო კოსმოსურ სადგურზე – ISS კოსმოსური სალათის და კენკრის უხვი მოსავალი მოვიდა, თუმცა მარსის კოლონიზატორებს, უმეტესწილად, მწვანე მიკროორგანიზმების ჭამა მოუწევთ. მარსი დედამიწასთან შედარებით მზის განათებულობის გაცილებით ნაკლებს – 44%–ს იღებს, ამიტომ მოსავალს ენერგო–ეფექტურობა “არ აწყენს”. მრავალმა კვლევამ აჩვენა, რომ ციანობაქტერიები, მცენარეებთან შედარებით, მზის შუქის გაცილებით უფრო უკეთესი კოლექტორები არიან, ანუ, სამეცნიერო ენით რომ ვთქვათ, შთანთქმული ფოტონების გაცილებით მეტ პროცენტს გარდაქმნიან კალორიებად. უფრო მეტიც, კონტროლირებადი ბიორეაქტორების მეშვეობით შესაძლებელია ციანობაქტერიებისა და წყალმცენარეების ბიომასის მკვეთრად გაზრდა, რაც ფოთლოვან მცენარეებში რთულად მიიღწევა.

 ციანობაქტერია სპირულინას ფხვნილი (ფქვილი) და სასმელი. სურათი: Shutterstock.

 ციანობაქტერიების ჭამა უცხო ხილი როდია – უკვე დიდი ხანია დედამიწის მაცხოვრებელთა საკმაოდ დიდი პროცენტი საკვები დანამატის სახით მოიხმარს ლურჯ–მწვანე წყალმცენარეს – სპირულინას. სპირულინა ჯანსაღი კვების რესტორნებისა და აფთიაქების განუყოფელი ინგრედიენტია: Arthrospira–ს გვარის ეს წარმომადგენელი მდიდარია არა მარტო ცილებით, არამედ მინერალებისა და ვიტამინების მთელ კომპლექტს მოიცავს; სულ მცირე გენეტიკური მოდიფიკაციის წყალობით ეს ორგანიზმი გამოიმუშავებს C ვიტამინსაც და ესენციალურ ცხიმოვან მჟავებსაც, რაც მის ორიგინალ წინაპარს არ გააჩნია.

 ახლახანს ბაზარი დაიპყრო სპირულინას გენეტიკურად მოდიფიცირებულმა ჯიშებმა სხვადასხვა სახის სუნელების არომატით, განსხვავებული ჯიშის წიწაკების, კენკრისა და ხილის, მათ შორის – გოგრის ფერითა და გემოთი. ეს ყველაფერი მარსელი კოლონისტების მრავალფეროვანი სამზარეულოს ეგზოტიკური ინგრედიენტები იქნება.

ისუნთქეთ ღრმად

 მარსის თხელი ატმოსფერო მხოლოდ 0.13% თავისუფალ O2–ს შეიცავს, რაც, დედამიწის 21%–თან შედარებით, იდეალური სულაც არ არის.

 ციანობაქტერიებზე დაფუძნებული სიცოცხლის უზრუნველყოფის სისტემა მარსზე მხატვრის  თვალით. Verseux et al. 2015.

 ფოტოსინთეზი, შესანიშნავი ბიოქიმიური პროცესი, მზის შუქს საკვებ ნახშირწყლებად გადააქცევს და ჟანგბადსაც იძლევა. ციანობაქტერიები აქაც გაცილებით “სჯობიან” მცენარეებს: ფართოფოთლოვანი ხეები ჰექტარზე წელიწადში 2.5–11 ტონა O2–ს გამოიმუშავებენ, ციანობაქტერიები კი – თითქმის 2–ჯერ მეტს. მაგალითისთვის, ციანობაქტერია Arthrospira –ს ღია აუზიდან ჰექტარზე 16.8 ტონა ჟანგბადი გამომუშავდება.

საწვავი მარსული მანქანებისთვის

 აზოტფიქსატორი ბაქტერიები არა მარტო სასუქს, არამედ, აზოტის ნაკლებობის სემთხვევაში – საწვავს გამოიმუშავებენ, რითაც მარსზე ტრანსპორტის, მათ შორის – რაკეტებისა და როვერების საწვავით მომარაგებაც კი იქნება შესაძლებელი. დღეს ინტესიურად მიმდინარეობს მუშაობა ციანობაქტერიების მიერ წარმოებული საწვავის მაღალი პროცენტულობით გამოსავლიანობის მისაღწევად.

 რაც ყველაზე კარგია – გლობალურ დათბობასა და სათბურის ეფექტებზე მარსელებს ფიქრი არ დასჭირდებათ: წითელი პლანეტის დასათბობად მათ უნდა გამოიყენონ რაც შეიძლება ბევრი, ბევრი საწვავი.

კიდევ რა?!

 მეცნიერები აღიარებენ, რომ ციანობაქტერიების შესაძლებლობები პრაქტიკულად უსაზღვროა: შესაფერისი გენების გამოყენებით მათ შეუძლიათ დაასინთეზონ ანტიბიოტიკებისა და კიბოს საწინააღმდეგო ნივთიერებათა ფართო სპექტრი, სარეცხი საშუალებები, პლასტმასა და სამშენებლო სილიკატებიც კი. ეს ყველაფერი უკვე რეალურად ხორციელდება ე.წ. ნაწლავის ჩხირის – E.coli გენმოდიფიცირებული ჯიშების მეშვეობით, ასე რომ, ციანობაქტერიებში ამ გენების ჩანერგვის იდეას წინ არაფერი უდგას. “შეგვიძლია არა მარტო აუცილებელი, არამედ – კომფორტისთვის საჭირო მასალებიც კი დავასინთეზოთ” – აცხადებს როთშილდი. – “მათ შორის, მრავალფეროვანი კოსმეტიკური და ტექსტილური პროდუქციაც”.

მცენარეებს მაინც თან წავიყვანთ!

 კოსმოსური ბაღი ხომალდზე, ფანტასტიკური ჟანრის კინოფილმიდან “Sunshine”.

 ამ სტატიის გაცნობის შემდეგ მკითხველს შეიძლება შეექმნას შთაბეჭდილება, რომ ციანობაქტერიული საკვები, ჟანგბადი, საწვავი, წამლები თუ კომფორტის საგნები ადამიანებს აიძულებს მცენარეები დედამიწაზე დატოვონ; მაგრამ ნუ დაგვავიწყდებათ, რომ მეცნიერთა საბოლოო მიზანი მარსის ტერაფორმირებაა. პირველი ფოთლოვანი და წიწვოვანი მცენარეები, კოლონისტებს, სულ მცირე, გულს გაუხარებს, შემდეგ კი – გენური ინჟინერიისა და სინთეზური ბიოლოგიის წყალობით, წითელ პლანეტას მწვანე წალკოტად გადააქცევს.

 აი, ეს კი, კაცობრიობის უდიდესი, ათასწლეულის გამოწვევა იქნება. მხოლოდ დრო გვიჩვენებს, გვეყოფა თუ არა ცოდნა. გამბედაობა და უნარები, რომ ამ ამოცანას თავი გავართვათ და გადავრჩეთ.

Show Comments Hide Comments