זרעי צמחים ששהו חודשים ארוכים מחוץ לתחנת החלל הצליחו לצמוח לאחר מכן על כדור הארץ – וזרעים אחרים הראו עמידות לקרינה חזקה עוד יותר

האנושות כבר שיגרה כמה מאות נציגים לחלל, ועוד בעלי חיים רבים, מתולעים ותיקנים ועד כלבים וקופים. כמעט כולם שהו בחלל זמנים קצרים יחסית ושרדו בזכות שכבות של הגנה מפני הסביבה העוינת ועתירת הקרינה. אבל האם אפשר לשגר אורגניזמים שישרדו בחלל החיצון בלי הגנה נוספת? יצורים כאלה עשויים להיות המפתח להתפשטות החיים ביקום, ואולי הם אף היו המפתח להתפתחות החיים כאן, כשהגיעו לכדור הארץ הקדום במטאוריטים או שביטים, כפי שגורסת תיאוריית הפנספרמיה.

המועמדים הטבעיים ביותר להיות תיירי חלל הם חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים. יצורים כאלה ידועים ביכולתם לשרוד בסביבות העוינות והמאתגרות ביותר הקיימות בכדור הארץ, ורבים מהם מסוגלים לפתח נבגים או צורות עמידות אחרות שיודעות להחזיק מעמד בסביבות או בתקופות קשות במיוחד. עם זאת, חוקרים מצרפת סבורים כי ייתכן שדווקא זרעי צמחים יוכלו לשרוד בתנאי החלל הקשים, ומציגים ממצאים מפתיעים.

נזקי DNA

במאמר שפרסמו בכתב העת "אסטרוביולוגיה" דיווחו דוד טפפר (Tepfer) וסידני ליץ' (Leach) על גורלם של זרעי צמחים ששהו תקופות ארוכות בחלל החיצון. הם השתמשו בניסויים בשני מיני צמחים: טבק (Nicotiana tabacum) ותודרנית לבנה (Arabidopsis thaliana) – קרוב משפחה של צמח החרדל שנעשה בו שימוש בניסויים רבים בצמחים.

זרעים של הצמחים סודרו בצלוחיות שהוצבו מחוץ לתחנת החלל הבינלאומית, כשכל מה שמפריד ביניהם לבין הרִיק של החלל הוא שכבה של חומר שקוף שאינו מסנן קרינה על-סגולה. בניסוי הראשון היו הזרעים משני הזנים 558 יום בחלל (פברואר 2008 עד ספטמבר 2009). בניסוי השני שהו זרעי תודרנית בחלל 682 יום (מרץ 2009 עד ינואר 2011). הזרעים סודרו בשתי שכבות, כך שהעליונה ספגה קרינה הרבה יותר חזקה מזו שמתחתיה.

שני מיני הצמחים נבחרו בזכות העובדה שיש להם זרעים קטנים מאוד, המתאימים למקום המצומצם במתקן הניסוי – אורכו של זרע הטבק הוא כ-0.7 מילימטר, ושל התודרנית כחצי מילימטר. כמו כן, לשניהם יש זנים מהונדסים גנטית שהיו שימושיים במחקר. החוקרים השתמשו בזן טבק שגן של חיידק הושתל בכלורופלסטים (אברוני הכלורופיל שמבצעים את הפוטוסינתזה) שבתאים שלו, וכך יכלו לבדוק בקלות את מידת הנזק שנגרם ל-DNA של הצמח. בתודרנית בחנו שני זנים שאינם מסוגלים לייצר חומרים שאמורים להגן עליהם מקרינה על-סגולה.

לאחר שמתקני הניסוי שבו מהחלל הניחו החוקרים כל זרע על מצע הנבטה, ואת הצמחים שנבטו העבירו לעציצים עם אדמה. בגלל בעיות טכניות אי אפשר היה להשתמש ברבים מהזרעים, אבל בסך הכל דווח כי 23 אחוז מהצמחים הלא מהונדסים שרדו את הקרינה והצליחו לצמוח בכדור הארץ אחרי הניסוי ולהעמיד צאצאים.

הצמחים ששרדו לא סבלו מפגעים נראים לעין, והתפתחו היטב, אף על פי שבדיקות העלו כי רבים מהם סבלו מנזק רב ל-DNA שלהם, והנזק היה חמור יותר בזרעים מהשכבה העליונה, שנחשפו לקרינה רבה יותר. שיעור ההישרדות הגבוה יחסית מעלה את האפשרות שהחשיפה לקרינה גורמת למוות בצורה אחרת, ולא ישירות דרך נזק ל-DNA. כמו כן נראה שהעובדה שצמחים רבים הם פוליפלואידיים, כלומר נושאים בתאיהם עותקים רבים של הגנים, מסייעת להם להתגבר על נזקי קרינה לחומר הגנטי.

תנאים קיצוניים. זרעי התודרנית ודגימות ביולוגיות אחרות במתקן הניסוי מחוץ לתחנת החלל הבינלאומית | צילום: esa
תנאים קיצוניים. זרעי התודרנית ודגימות ביולוגיות אחרות במתקן הניסוי מחוץ לתחנת החלל הבינלאומית | צילום: esa

שורדים על הקרקע

בניסוי החלל השני נחשפו זרעי התודרנית לקרינה רבה יותר, בגלל השהות הממושכת בחוץ. רק 11 מתוך יותר ממאה זרעים שרדו ונבטו, ואף אחד מהם לא שרד את המעבר לאדמה. שיעור ההישרדות של הצמחים המהונדסים שאינם מייצרים פלבונואידים – החומרים שכנראה מגנים על הזרע מהקרינה העל-סגולה – היה אפס.

את הניסויים בתחנת החלל השלימו החוקרים בניסוי מקביל על כדור הארץ, שבו חשפו את הזרעים לרמות שונות של קרינה על-סגולה, במתקן דומה לזה שהוצב בחלל. בניסוי הזה אופן החשיפה היה שונה מעט מבחינת אורכי הגל של הקרינה, והניסוי היה הרבה יותר קצר, אבל לחוקרים הייתה שליטה מלאה. הזרעים נחשפו לארבע רמות קרינה, שהגבוהה מביניהן חזקה פי שניים ויותר מזו שאליה נחשפו הזרעים בחלל.

בניסוי הזה גם לא הייתה מגבלת גודל, כך שהחוקרים בדקו צמח נוסף, חבלבל השדה (Convolvulus arvensis), שזרעיו הרבה יותר גדולים ואורכם מגיע לכמה מילימטרים. לזרעים האלה יש גם קליפה קשה יותר, והם עמידים זמן ממושך יותר בקרקע. בזכות התכונות האלה זרעי החבלבל נראים מתאימים יותר למסע בחלל, והניסוי הקרקעי רמז שזה אכן כך. ברמות הקרינה הגבוהות נהרסו כל זרעי הטבק והתודרנית, אך כל זרעי החבלבל נבטו בהצלחה והתפתחו לצמחים בריאים ותקינים למרות החשיפה לקרינה העזה.

חממות על מאדים

האם פירוש הדבר שאפשר להתחיל לפזר זרעי חבלבל בחלל, בתקווה שקצתם יצליחו לנבוט בכוכבי הלכת הקרובים או בירחיהם ויפריחו את השממה? ודאי שלא. ייתכן מאוד שיש גורמים נוספים, חוץ מהקרינה העל-סגולה, שמשפיעים על הזרעים בחלל, כמו הקרינה הקוסמית, הטמפרטורה, הרִיק ומשך החשיפה. את ההשפעה שלהם אפשר לבדוק רק בניסוי בחלל החיצון, ולא בסימולציה בכדור הארץ.

עם זאת, הממצאים המשולבים של הניסויים מספקים חומר למחשבה על האפשרות להפיץ צמחים בחלל. מקצת הצמחים שרדו חשיפה של כמעט שנתיים לתנאים קיצוניים, בעוד אורגניזמים אחרים שהשתתפו בניסוי – כגון נגיפים ומיקרואורגניזמים אחרים, וכן ביצים וזחלים מיובשים של סרטנים זעירים – נספו כולם בתנאים הקשים. אם יימצאו או יהונדסו זרעים של צמחי מאכל בעלי עמידות דומה, נוכל למשל לשגר כמויות גדולות שלהם במשלוחים מקדימים למאדים. האסטרונאוטים שינחתו שם יוכלו להקים חממות ולזרוע אותם, ואולי רובוטים יעשו זאת עוד לפניהם, כך שהאסטרונאוטים ימצאו בבואם חממות פורחות שיספקו להם לא רק מזון – אלא גם חמצן.

זרעים כאלה יכולים להביא למקומות מרוחקים בחלל גם מיקרואורגניזמים שיהיו בתוכם, ויפרו אזורים שוממים. אפילו אם הצמחים לא יצליחו לנבוט, חיידקים שיהיו בהם יוכלו להשתמש בחומרים שהזרעים מכילים, וליצור תנאים מתאימים לצמיחה בעתיד.

גם אם המחקר הנוכחי לא יוביל לחקלאות חלל, הוא מספק מידע רב על מנגנוני ההתמודדות של זרעים על תנאים קשים. ייתכן שהתאמת הזרעים להתמודדות עם קרינה חזקה יותר, תאפשר ליצור צמחים עמידים יותר בפני תנאים מדבריים ותסייע לנו להתמודד עם שינויי האקלים כאן, עוד לפני שנצא לחפש בתים חלופיים במרחבי מערכת השמש.