核心提示：为了更好的保护地球及其生物圈免受潜在的地外污染源的污染，国际社会努力制定行星保护措施，努力了解活性样本返回任务中的交叉污染过程的危险。

  越来越多的国家航天机构正在扩大他们的目标，包括火星探测和样本返回。根据1967年Outer Space Treaty(外层空间条约)的规定，为了更好的保护地球及其生物圈免受潜在的地外污染源的污染，国际社会努力制定行星保护措施，努力了解活性样本返回任务中的交叉污染过程的危险。

  几年之后毅力号火星车将飘落在澳大利亚内陆的一块平地上，科研人员会谨慎的将它带到一个经过消毒的、安全的实验室，小心翼翼的回收它收集的岩石样本。如果最近的一项研究是正确的，里面就不只是火星生命的化石证据，它很可能含有休眠的细菌。虽然干燥寒冷的火星不大可能拥有任何活跃的生命，但几乎可以肯定的是火星过去是一个更温暖、更潮湿的星球(图1)。

  图1

  为了更好的研究火星表面的对微生物休眠和生存能力的影响，微生物的抗辐射性是一个关键参数。研究团队测试了干燥和冷冻对6种模式微生物的电离辐射存活影响：2种细菌(耐辐射菌、大肠杆菌)的营养细胞;1种发芽酵母(酿酒酵母)的营养细胞;3种芽孢杆菌(枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌)的营养细胞和内孢子。研究人员模拟了极端宇宙辐射和太阳质子的轰击以及冷冻和缺水条件，当干燥和冷冻单独应用时，就极大地提高了营养多倍体微生物地辐射存活(图2黄线和绿线)，当联合使用时更是如此(图2红线)。因此多倍体耐辐射球菌细胞的辐射存活阈值可以从液体培养中已经很高的25kGy提高到惊人的140kGy(图2)。

  图2

  然而，在单基因组或双基因组的芽孢杆菌细胞和内生孢子中，没有观察到脱水和冷冻的协同辐射保护作用，它们通常需要12kGy的辐照灭菌(图3A和C)。这种差异与辐射下生存能力的一个关键要求有关，即修复辐射造成的基因组损伤。耐辐射葡菌和酿酒酵母就积累了类似的高水平锰抗氧化剂(图3B和D;图5A)，这是极端辐射抗性所必需的，就像内孢子一样。它们在辐射抗性方面远远超过孢子，因为它们包含了多个相同基因组的拷贝，在耐辐射菌中这些拷贝由持久的Holliday连接(图4)。

  图4

  这种耐辐射菌(D. radiodurans)是多倍体，在整个生长周期种每个细胞保持多达8个基因组副本。之所以比其他生物更能抵抗辐射，源于其基因的连接结构Holliday持续连接耐辐射菌的多条相同染色体，在同源重组过程种极大的促进了寻找同源性。DNA修复模型建立在广泛的分子遗传学发现的基础上，在耐辐射菌中，数百个伽马辐射诱导的DNA双链断裂通过数百个DNA交叉修复。图4显示了耐辐射菌pMD66细胞经辐照后的三种结构形式。

  研究人员根据模拟极端宇宙环境，估计了耐辐射菌极限生存时间(图5)。当埋在地下10cm处，就可以承受150万年的辐射。如果埋得更深则可能存活2.8亿年。而且因陨石撞击而导致的周期性融化(图6)，允许其间歇性的繁殖使它们有机会存活更长的时间。

  图6

  参考文献：

  [1] Effects of Desiccation and Freezing on Microbial Ionizing Radiation Survivability: Considerations for Mars Sample Return DOI: 10.1089/ast.2022.0065

  [2] Layered subsurface in Utopia Basin of Mars revealed by Zhurong rover radar DOI: 10.1038/s41586-022-05147-5