Dampak Perubahan Iklim pada sistem kehidupan di Bumi telah menyebabkan pergeseran dalam studi biologi, dengan perhatian kini difokuskan pada batas-batas tempat kehidupan dapat bertahan hidup.

Mempelajari bentuk-bentuk kehidupan yang dapat berkembang di lingkungan ekstrem (ekstremofil) juga penting untuk memprediksi apakah manusia dapat hidup dan bekerja di luar angkasa untuk waktu yang lama.

Terakhir, tetapi tidak kalah pentingnya, studi-studi ini membantu menginformasikan studi astrobiologi, yang memungkinkan para ilmuwan untuk memprediksi di mana (dan dalam bentuk apa) kehidupan dapat ada di Alam Semesta.

Dalam studi terbaru, tim peneliti Italia menggunakan udang air asin (Artemia franciscana) pada tahap awal perkembangan (nauplii) dan menempatkannya pada kondisi tekanan seperti di Mars.

Hasil mereka menunjukkan bahwa meskipun nauplii mengalami perubahan fisiologis, perkembangannya sebagian besar tetap tidak berubah.

Hal ini tidak hanya menunjukkan bahwa ekstremofil menunjukkan kemampuan beradaptasi yang hebat dan dapat bertahan hidup dalam kondisi seperti di Mars. Hal ini juga menunjukkan bahwa bentuk kehidupan serupa dapat ditemukan di tempat lain di Alam Semesta, yang menghadirkan peluang baru untuk penelitian astrobiologi.

Dr. Maria Teresa Muscari Tomajoli, seorang Astrobiolog di Universitas Parthenope di Naples, memimpin penelitian ini sebagai bagian dari tesis Ph.D.-nya, yang dibimbing oleh rekan penulis Profesor Gaetana Napolitano dan Alessandra Rotundi.

Mereka bergabung dengan para peneliti dari Universitas Federico II, Institut Astrofisika dan Planetologi Luar Angkasa INAF (INAF-ISAP), Institut Astronomi Capodimonte INAF-Osservatorio, dan Institut Fisika Nuklir Italia (INFN).

Makalah yang merinci temuan mereka merupakan bagian dari volume khusus berjudul Comparative Biochemistry and Physiology A: Molecular & Integrative Physiology.

Di Bumi, ekstremofil termasuk dalam ketiga domain kehidupan (Archaea, Bakteri, dan Eukarya).

Mereka dicirikan oleh kemampuannya menahan tekanan, keasaman, suhu, dan kondisi lain yang dapat berakibat fatal bagi organisme lain.

Setelah Bumi, Mars dianggap sebagai planet paling layak huni setelah Bumi di Tata Surya, oleh karena itu sebagian besar upaya astrobiologi manusia difokuskan di sana.

Selain tekanan atmosfer yang rendah (1/100 dari Bumi di permukaan laut), permukaannya mengalami variasi suhu ekstrem dan terkontaminasi oleh perklorit dan logam beracun.

Para ilmuwan berspekulasi bahwa jika kehidupan ada di Mars saat ini, kemungkinan besar akan berbentuk mikroba yang hidup di daerah asin berkadar garam tinggi di bawah permukaan.

Seperti yang dikatakan Tomajoli kepada Universe Today melalui email, hal ini menjadikan ekstremofil (seperti Artemia franciscana) sebagai subjek uji yang ideal untuk memprediksi seperti apa kehidupan di lingkungan planet yang serupa:

“Definisi kehidupan sangat penting, terutama saat mencari jejaknya di benda-benda planet lain (misalnya, Mars), tempat kehidupan mungkin tidak ada seperti yang kita bayangkan secara tradisional.

Kista Artemia menghadirkan kasus yang menarik: dalam keadaan dorman, kista tersebut tidak dapat diklasifikasikan sebagai makhluk hidup melainkan sebagai kehidupan potensial."

"Mempelajari organisme dengan karakteristik tersebut membantu memperluas perspektif dalam penelitian astrobiologi.”

Secara khusus, ekstremofil menghadirkan peluang untuk meneliti adaptasi spesies, yang telah menjadi fokus utama penelitian ilmiah akibat Perubahan Iklim antropogenik.

Di seluruh dunia, meningkatnya emisi karbon dan meningkatnya suhu menyebabkan perubahan pola cuaca, meningkatnya keasaman laut, kekeringan, kebakaran hutan, dan hilangnya habitat.

Akibatnya, spesies laut dan darat yang tak terhitung jumlahnya terpaksa beradaptasi dengan kondisi yang semakin ekstrem.

“Dalam konteks perubahan iklim, kondisi kehidupan bergeser ke arah batas ekstrem, membuat kelangsungan hidup menjadi lebih menantang bagi banyak organisme,” tambah Tomajoli.

“Ekstremofil, yang tumbuh subur di lingkungan paling terpencil di Bumi, merupakan model yang berharga untuk memahami adaptasi metabolik."

"Kesederhanaan mereka yang tampak, pada kenyataannya, merupakan suatu keuntungan, yang memungkinkan mereka beradaptasi lebih baik daripada organisme yang lebih kompleks terhadap kendala lingkungan yang ekstrem.”

Tomajoli dan rekan-rekannya memilih Artemia franciscana untuk penelitian mereka, spesies udang air asin yang dikenal tumbuh subur di lingkungan dengan kadar garam tinggi.

Telur yang mereka hasilkan, yang dikenal sebagai kista, bersifat dorman dan dapat disimpan tanpa batas waktu, sehingga sangat berguna untuk akuakultur dan penelitian ilmiah.

Seperti yang ditunjukkan Tomajoli, mereka juga telah digunakan dalam misi luar angkasa sebelumnya, termasuk eksperimen Biostack pada misi Apollo 16 dan 17 dan platform EXPOSE milik ESA yang dipasang di bagian luar Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS).

Semua eksperimen ini menguji ketahanan bentuk kehidupan tertentu dan keturunannya terhadap sinar kosmik.

Namun, seperti yang ditambahkan Tomajoli, belum ada penelitian lebih lanjut yang dilakukan terkait adaptasi fisiologis Artemia franciscana, dan saat ini tidak ada literatur ilmiah yang tersedia tentang topik tersebut:

“Secara khusus, udang air asin Artemia dianggap halofil (secara harfiah berarti organisme yang “menyukai garam”) dan tumbuh subur di lingkungan yang dapat dianggap sebagai analog Mars (atau laboratorium untuk penelitian Mars) seperti danau sementara yang mengalami penguapan yang sering, sehingga mendorong Artemia untuk menghasilkan kista kriptobiotik.

Selain itu, Artemia adalah model yang mudah dibudidayakan, sehingga cocok untuk eksperimen biologi dan astrobiologi.

Sebuah artikel terbaru oleh Kayatsha et al., 2024 juga menunjukkan bahwa Artemia franciscana termasuk di antara semua mikroinvertebrata yang diuji, yang lebih tahan terhadap garam perklorat yang terdapat dalam regolith tanah Mars yang disimulasikan.”

Untuk percobaan mereka, Tomajoli dan rekan-rekannya menempatkan kista yang tidak aktif dalam kondisi tekanan seperti Mars. Begitu menetas menjadi nauplii, tim menganalisis metabolisme aerobik dan anaerobik, fungsi mitokondria, dan stres oksidatif.

Seperti yang ditunjukkan dalam makalah mereka, udang air asin yang lahir dalam kondisi tekanan Mars berhasil beradaptasi dengan cukup baik.

Mereka selanjutnya berbagi bagaimana hasil ini dapat mengarah pada studi lebih lanjut untuk mengevaluasi adaptasi metabolik kista terhadap waktu paparan yang lebih lama, kombinasi berbagai kondisi mirip Mars, atau studi tentang adaptasi nauplii pada tahap perkembangan lainnya:

“Artemia franciscana menunjukkan potensi yang menarik untuk adaptasi fisiologis, yang memungkinkan organisme untuk mengatasi tantangan lingkungan yang mereka hadapi di luar angkasa "

"Sel-sel nauplii tampaknya mengaktifkan respons untuk menghindari disfungsi mitokondria dan melanjutkan proses pertumbuhannya."

Mekanisme adaptasi ini menyoroti ketahanan dan kemampuan Artemia franciscana untuk tumbuh subur dalam kondisi lingkungan yang tidak bersahabat.

“Hasil yang dilaporkan dalam studi ini selanjutnya mendukung potensi penggunaan Artemia franciscana untuk tujuan astrobiologi, yang menyoroti perubahan keadaan metabolik dan redoks hewan sebagai respons terhadap adaptasi terhadap kondisi ekstrem yang meniru luar angkasa.”

Implikasi dari penelitian ini sangat luas, mencakup astrobiologi, eksplorasi luar angkasa manusia, dan mengurangi dampak Perubahan Iklim.

Tidak hanya dapat membantu menunjukkan jalan menuju kehidupan potensial di Mars, di lautan bagian dalam benda-benda es, dan lingkungan ekstrem lainnya.

Hal ini juga dapat memberikan informasi bagi misi masa depan ke Mars dan tujuan luar angkasa lainnya, di mana para astronot perlu mengandalkan sistem pendukung kehidupan bioregeneratif loop tertutup (BLSS), menanam makanan mereka sendiri, dan melakukan penelitian tentang dampak paparan gravitasi rendah, radiasi tinggi, dan kondisi keras lainnya.

Di dalam negeri, studi tentang ekstremofil dan mekanisme adaptasi dapat memberikan wawasan tentang ketahanan dan adaptasi iklim, yang konsisten dengan tujuan yang diuraikan dalam Sixth Assessment Report (AR6) oleh Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC). Seperti yang mereka rangkum dalam makalah mereka:

“Memahami mekanisme adaptasi Artemia franciscana terhadap kondisi simulasi luar angkasa dapat memberikan wawasan baru tentang studi tentang batas-batas kehidupan, serta berkontribusi pada pencarian tanda-tanda biologis—jejak kehidupan masa lalu di benda-benda planet lainnya."

“Selain itu, hal ini dapat menawarkan solusi yang layak untuk kelangsungan hidup jangka panjang misi luar angkasa manusia, membantu membangun populasi yang mampu bertahan hidup di lingkungan terbatas."

"Artemia dapat berfungsi sebagai sumber makanan terbarukan bagi para astronot, mengingat kekayaan nutrisi penting, termasuk protein, lipid, dan vitamin.”

Tomajoli dan rekan-rekannya juga telah melakukan simulasi dengan atmosfer seperti Mars untuk jangka waktu yang lebih lama.

Makalah yang menjelaskan eksperimen ini akan segera dirilis. Sementara itu, pencarian kehidupan di Mars dan sekitarnya terus berlanjut.

Mengetahui bahwa kehidupan itu ada di luar sana dan dalam kondisi apa akan membantu mempersempit pencarian itu dan mendorong kita untuk terus menyelidiki.