We studied the effect of extreme acceleration and change in acceleration, or jerk, on bacteria to determine if they could survive impact ejection from a planet. Computer simulations based on the spallation model [H.J. Melosh, Icarus 59 (1984) 234–260; H.J. Melosh, Nature 363 (1993) 498–499] for ejecting material from planetary surfaces provided estimates for acceleration, rise time, and jerk for material accelerated to escape velocity. For ejection from Mars, the maximum acceleration predicted was 3×106 m/s2, or 3×105×g, with a rise time of 0.5 ms, and a corresponding jerk of 6×109 m/s3. We tested the resistance of Bacillus subtilis spores and Deinococcus radiodurans cells to high acceleration and jerk by (1) subjecting B. subtilis spores to the forces of an ultracentrifuge and (2) firing both bacteria from a rifle into a plasticene target. We measured the survival of B. subtilis spores at extreme acceleration in an ultracentrifuge operated at its highest speed, 100 000 rpm, corresponding to an acceleration of 4.27×106 m/s2, or 4.36×105×g. Approximately 107 spores were centrifuged in phosphate-buffered saline for 24, 48, 50 and 72 h. Spores were inactivated with simple exponential kinetics, and 65 h of centrifugation was required to inactivate 90% of the spore population. To test for resistance to jerk, spores of B. subtilis or cells of D. radiodurans were loaded into the rear cavities of lead pellets fired from a compressed-air pellet rifle into a target consisting of plasticene modeling clay, previously chilled to 4°C. The velocity of each pellet was measured using a chronograph and the depth of penetration of each pellet into the target was measured before removing the pellet from the clay using sterile forceps. Two different rifles were used, one with a measured pellet velocity of ∼100 m/s and the other with a velocity of ∼300 m/s. These correspond to estimated accelerations of 1.5×106 and 4.5×106 m/s2 and jerks of 1.5×1010 and 1.5×1011 m/s3, respectively. The percent survival for both organisms ranged from 40 to 100%. The samples in the ballistic experiments were subjected to jerks and accelerations 2.5–25 times larger than those estimated to prevail during ejection according to the computer simulation. We therefore conclude that acceleration and jerk are not important lethal factors during the ejection of viable microorganisms from planetary surfaces.
Titre de l'article
Survie des bactéries exposées à des accélérations extrêmes: implications pour la panspermie
Survie des bactéries exposées à des accélérations extrêmes: implications pour la panspermie
Introduction à l'article
Depuis que Arrhenius a proposé la théorie selon laquelle le transport de micro-organismes vivants serait possible dans l’espace, cette hypothèse a été prise en compte pour expliquer l’apparition de la vie sur Terre. Les recherches sur le sujet ont mené à plusieurs conclusions et ont montré que les bactéries "nues" ne pouvait pas survivre assez longtemps à l'environnement à priori stérilisant que constitue l’espace (rayons UV, pression et température extrêmes). L’une des théories les plus reprises en panspermie est la lithopanspermie, théorie selon laquelle les micro-organismes sont suffisamment protégée dans de la pierre, et notamment dans les météorites, pour pouvoir possiblement contaminer les planètes subissant leurs impacts. Pour cela les bactéries doivent survivre à trois étapes, son expulsion de sa Terre d’origine, son transport et son entrée sur Terre. La première étape induit d'énormes accélérations, cette publication s'intéresse donc à la survie de microorganismes à celles-ci.
Depuis que Arrhenius a proposé la théorie selon laquelle le transport de micro-organismes vivants serait possible dans l’espace, cette hypothèse a été prise en compte pour expliquer l’apparition de la vie sur Terre. Les recherches sur le sujet ont mené à plusieurs conclusions et ont montré que les bactéries "nues" ne pouvait pas survivre assez longtemps à l'environnement à priori stérilisant que constitue l’espace (rayons UV, pression et température extrêmes). L’une des théories les plus reprises en panspermie est la lithopanspermie, théorie selon laquelle les micro-organismes sont suffisamment protégée dans de la pierre, et notamment dans les météorites, pour pouvoir possiblement contaminer les planètes subissant leurs impacts. Pour cela les bactéries doivent survivre à trois étapes, son expulsion de sa Terre d’origine, son transport et son entrée sur Terre. La première étape induit d'énormes accélérations, cette publication s'intéresse donc à la survie de microorganismes à celles-ci.
Expériences de l'article
Des cellules de Deinococcus radiosurans et des spores de Bacillus subtilis ont déjà été testés dans des conditions expérimentales similaires à l’espace et sont extrêmement résistantes aux UV. Des simulations informatiques basées sur le modèle de spallation pour l'éjection de matériel de la surface d'une planète ont permis d'estimer l'accélération, les secousses et le temps nécessaire pour échapper à la vélocité de Mars. Ces calculs ont permis de testés les bactéries pour leur résistance à l'accélération et aux secousses en ultracentrifugeant les spores (100000tour/minutes) et en soumettant les cellules de D. radiosurans et les spores à des expériences balistiques. Les bactéries ont été chargées dans les cavités arrière de pastilles de plomb tirées depuis un fusil (à 100m/s et 300m/s) dans une cible de plasticène refroidie à 4°C. Les échantillons dans les expériences balistiques ont été soumis à des secousses et accélérations 2,5 fois plus importantes que celles estimées par les modèles.
Des cellules de Deinococcus radiosurans et des spores de Bacillus subtilis ont déjà été testés dans des conditions expérimentales similaires à l’espace et sont extrêmement résistantes aux UV. Des simulations informatiques basées sur le modèle de spallation pour l'éjection de matériel de la surface d'une planète ont permis d'estimer l'accélération, les secousses et le temps nécessaire pour échapper à la vélocité de Mars. Ces calculs ont permis de testés les bactéries pour leur résistance à l'accélération et aux secousses en ultracentrifugeant les spores (100000tour/minutes) et en soumettant les cellules de D. radiosurans et les spores à des expériences balistiques. Les bactéries ont été chargées dans les cavités arrière de pastilles de plomb tirées depuis un fusil (à 100m/s et 300m/s) dans une cible de plasticène refroidie à 4°C. Les échantillons dans les expériences balistiques ont été soumis à des secousses et accélérations 2,5 fois plus importantes que celles estimées par les modèles.
Résultats de l'article
Une cinétique exponentielle simple et 65 h de centrifugation ont été nécessaires pour inactiver 90% de la population de spores B. subtilis. Mais il est clair que les spores de B. subtilis peuvent survivre à une accélération d'ordre de 105Ug pour des périodes prolongées. B.subtilis _ peut survivre à la brève rencontre avec une forte accélération qu'il subirait si il avait été éjecté de Mars. Concernant la survie des micro-organismes dans le modèle d'impact testant la résistance à l'accélération mais aussi aux secousses, dans tous les cas testés, un pourcentage élevé de spores de _B. subtilis et de cellules de D. radiodurans a survécu à l'impact. Le pourcentage de survie pour les deux organismes varie de 40 à 100%.
Une cinétique exponentielle simple et 65 h de centrifugation ont été nécessaires pour inactiver 90% de la population de spores B. subtilis. Mais il est clair que les spores de B. subtilis peuvent survivre à une accélération d'ordre de 105Ug pour des périodes prolongées. B.subtilis _ peut survivre à la brève rencontre avec une forte accélération qu'il subirait si il avait été éjecté de Mars. Concernant la survie des micro-organismes dans le modèle d'impact testant la résistance à l'accélération mais aussi aux secousses, dans tous les cas testés, un pourcentage élevé de spores de _B. subtilis et de cellules de D. radiodurans a survécu à l'impact. Le pourcentage de survie pour les deux organismes varie de 40 à 100%.
Ce que cet article apporte au débat
L'accélération, les secousses, la pression de choc et l'échauffement ne sont pas des facteurs létaux importants lors de l'éjection de microorganismes de la surface de Mars, éliminant éventuellement ce paramètre comme facteur limitant du transport des organismes viables de Mars à la Terre. Il faut rappeler cependant que seulement une petite fraction des matières éjectées de Mars atteint la Terre, et certaines d'entre elles peuvent naviguer plus de 150 millions d'années avant d'attendre notre planète.
L'accélération, les secousses, la pression de choc et l'échauffement ne sont pas des facteurs létaux importants lors de l'éjection de microorganismes de la surface de Mars, éliminant éventuellement ce paramètre comme facteur limitant du transport des organismes viables de Mars à la Terre. Il faut rappeler cependant que seulement une petite fraction des matières éjectées de Mars atteint la Terre, et certaines d'entre elles peuvent naviguer plus de 150 millions d'années avant d'attendre notre planète.
Dernière modification il y a plus de 5 ans.