地球微生物在火星环境下的生存与免疫逃逸

地球微生物在火星环境下的生存与免疫逃逸

人类即将重返月球，而当年尼尔·阿姆斯特朗的“一小步”实际上携带了无数微生物同行。人体本身就是一个移动的生态系统，理解这些微生物伙伴如何在严酷的太空环境中生存，对于保障未来宇航员的健康与安全至关重要。荷兰拉德堡德大学Tommaso Zaccaria的最新博士论文，系统揭示了地球病原体在模拟火星环境中的惊人适应能力，以及它们可能对宇航员构成的潜在威胁。

单一火星环境下的微生物存活

Zaccaria的论文分为三个主要部分。在第一部分中，他选取了四种常见的地球病原体（包括引起肺炎的细菌），将它们分别暴露于模拟火星的单一极端条件下：极低气压、干燥、高强度紫外线辐射以及含有高浓度高氯酸盐的盐水。实验结果显示，这些微生物表现出令人惊讶的耐受性，某些菌株在干燥条件下能存活长达16天。这一发现通常成为媒体报道的焦点，但深入分析数据后，实际情况对细菌而言要严峻得多。

多重环境因素叠加的致命效应

火星并非由单一环境条件构成，而是多种致命因素的组合：缺水、高强度紫外线、低大气压以及高氯酸盐等，这些因素共同作用使得火星环境远比任何单一条件更为致命。当Zaccaria将这些细菌同时暴露于多种火星环境因素时，它们的存活时间从16天骤降至仅1天。值得注意的是，火星风化层（regolith）似乎对细菌的存活有一定帮助——其粗糙的表面为水分提供了藏身之处，并为微生物提供了抵御紫外线的保护。然而，风化层中也含有有毒的高氯酸盐，使得这种存活成为一种长期的权衡。

火星适应细菌的免疫逃逸能力

更令人担忧的是，这些细菌为了适应恶劣环境而发生的物理变化，使它们几乎能够逃逸人体免疫系统的识别。在某些情况下，细菌的体积会缩小，当Zaccaria将它们引入人体外周血单核细胞（PMBCs，一种免疫细胞）时，这些免疫细胞产生的细胞因子和活性氧物质（它们用于摧毁入侵者的武器）显著减少。这意味着，能够在火星表面存活的细菌，由于适应环境而发生的生理变化，可能对宇航员更具致病性。

月球与火星尘埃对呼吸系统的危害

论文的第二部分聚焦于风化层——特别是月球尘埃——对宇航员自身的伤害。Zaccaria将体外培养的人体上皮细胞（即呼吸道内壁细胞）和活体小鼠分别暴露于月球模拟尘埃和火星模拟尘埃中。不出所料，吸入这些尘埃对细胞和小鼠都造成了严重的应激反应。阿波罗宇航员曾抱怨过“月球花粉症”，而Zaccaria详细记录了这些细胞的具体反应：局部组织炎症、中性粒细胞增多（即因组织损伤导致的白细胞活性增加），以及控制黏液产生和肺纤维化的基因活性增强——这两者都是慢性呼吸道疾病的前兆。值得注意的是，月球尘埃模拟物的危害性甚至超过了含有高氯酸盐的火星模拟物。

真核生物在太空环境中的生存策略

论文的第三部分评估了当前用于机器人探测器的行星保护协议的有效性。Zaccaria测试了真核生物在前往木星或土星卫星的旅程中能够承受的极端条件。他发现，酵母菌的存活率在所有微生物中名列前茅。通过转录组分析，他揭示了其中的机制：某些微生物（如R. frigidalcoholis）会主动暂停自身的生长周期，将能量集中于DNA修复。然而，这些实验同样存在局限性——环境条件是按顺序施加的，而非同时作用，因此并不能完全反映微生物在太空中实际面临的环境。尽管如此，当前的行星保护协议也是按顺序运行的，因此确保这些协议能够涵盖所有可能存活的微生物（包括酵母菌）是完全合理的。

对太空探索的启示

随着人类向太空扩张，我们需要更深入地了解我们的生物伙伴——无论它们是否受欢迎——以及它们如何在这些环境中生存。Zaccaria的论文为我们提供了重要的科学依据。通过收集更多关于不同微生物菌株在太阳系各种环境中的反应数据，我们不仅能更好地保护宇航员健康，还能更深入地了解地球上生命的极限。这项研究提醒我们，在探索宇宙的同时，必须谨慎管理我们自身携带的微生物，避免对地外环境造成不可逆的污染，同时也防止这些微生物对宇航员构成潜在威胁。

• 地球病原体在单一火星条件下可存活16天，但多重因素叠加后仅能存活1天
• 火星风化层提供保护但也含有毒高氯酸盐，形成生存权衡
• 适应火星的细菌通过缩小体积逃逸人体免疫系统，增加感染风险
• 月球尘埃比火星尘埃对呼吸系统更具危害性
• 酵母等真核生物通过暂停生长、专注DNA修复在极端环境中存活
• 当前行星保护协议需考虑微生物的协同生存能力
• 研究为未来载人火星任务中的微生物风险管理提供科学依据

原标题：Earth microbes can survive individual martian hazards—and evade astronaut immune systems。 来源：phys.org。

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