Oznaki życia mogą przetrwać w pobliżu powierzchni Enceladusa i Europy

To artystyczne zdjęcie przedstawia należący do NASA łazik Cassini przelatujący przez chmurę wody rzekomo wydobywającą się z powierzchni księżyca Saturna, Enceladusa. Źródło obrazu: NASA

NASA Naukowcy to odkryli Aminokwasyktóre są potencjalnymi wskaźnikami życia, mogą przetrwać w pobliżu powierzchni Europa i Enceladus, księżyce Jowisz I Saturn odpowiednio.

Eksperymenty wskazują, że te cząsteczki organiczne są w stanie wytrzymać promieniowanie tuż pod lodem, dzięki czemu będą dostępne dla przyszłych pojazdów robotycznych bez konieczności głębokiego kopania.

Badanie potencjału życia na lodowych księżycach

Europa, księżyc Jowisza, i Enceladus, księżyc Saturna, noszą ślady oceanów pod lodową skorupą. Eksperyment NASA sugeruje, że jeśli w tych oceanach żyje życie, oznaki tego życia w postaci cząsteczek organicznych (takich jak aminokwasy, kwasy nukleinowe itp.) mogą przetrwać tuż pod powierzchnią lodu pomimo intensywnego promieniowania panującego na tych światach. Gdyby na te księżyce wysłano automatyczne lądowniki w poszukiwaniu oznak życia, nie byłoby potrzeby kopania tak głęboko, aby znaleźć aminokwasy, które nie uległy zmianie ani zniszczeniu przez promieniowanie.

„Z naszych eksperymentów wynika, że ​​«bezpieczna» głębokość pobierania próbek aminokwasów na Europie wynosi około 8 cali (około 20 centymetrów) na dużych szerokościach geograficznych późnej półkuli (półkula przeciwna do kierunku ruchu Europy wokół Jowisza) w regionie, w którym powierzchnia nie została zbytnio naruszona z powodu uderzeń meteorytów” – powiedział Alexander Pavlov z należącego do NASA Centrum Lotów Kosmicznych Goddard w Greenbelt w stanie Maryland, główny autor artykułu na temat badań opublikowanego 18 lipca w czasopiśmie Astrobiologia„Wykrywanie aminokwasów na Enceladusie nie wymaga pobierania próbek pod powierzchnią; cząsteczki te przetrwają rozpad radioaktywny w dowolnym miejscu na powierzchni Enceladusa w odległości mniejszej niż jedna dziesiąta cala (mniej niż kilka milimetrów) od powierzchni”.

Ogromne i małe smugi dymu, lodu wodnego i pary rozproszone są z wielu miejsc wzdłuż słynnych „pasów tygrysa” w pobliżu południowego bieguna księżyca Saturna Enceladusa. Źródło zdjęcia: NASA/JPL/Instytut Nauk Kosmicznych

Lodowe powierzchnie tych prawie pozbawionych powietrza księżyców prawdopodobnie nie nadają się do zamieszkania ze względu na promieniowanie pochodzące z cząstek o dużej prędkości uwięzionych w polach magnetycznych planety macierzystej oraz potężne zdarzenia w przestrzeni kosmicznej, takie jak eksplozje gwiazd. Jednak pod lodową powierzchnią obu planet znajdują się oceany, które są podgrzewane przez pływy grawitacyjne planety macierzystej i sąsiednich księżyców. W tych podpowierzchniowych oceanach mogłoby istnieć życie, gdyby istniały inne potrzeby, takie jak zaopatrzenie w energię oraz pierwiastki i związki stosowane w cząsteczkach biologicznych.

Podejście eksperymentalne i wyniki

Zespół badawczy wykorzystał aminokwasy w eksperymentach z radiolizą jako potencjalnych przedstawicieli biomolekuł na lodowych księżycach. Aminokwasy mogą powstawać w wyniku życia lub w wyniku chemii niebiologicznej. Jednak znalezienie pewnych rodzajów aminokwasów na Europie lub Enceladusie byłoby potencjalną oznaką życia, ponieważ są one wykorzystywane przez organizmy lądowe jako składnik do budowy białek. Białka są niezbędne do życia, ponieważ służą do wytwarzania enzymów, które przyspieszają lub regulują reakcje chemiczne oraz tworzą struktury. Aminokwasy i inne związki z podpowierzchniowych oceanów mogą zostać wyniesione na powierzchnię w wyniku aktywności gejzerów lub powolnego ruchu skorupy lodowej.

Powyższe zdjęcie lodowego księżyca Jowisza Europa zostało wykonane przez JunoCam, kamerę komunikacji publicznej znajdującą się na pokładzie statku kosmicznego Juno należącej do NASA, podczas przelotu obok planety 29 września 2022 r. Zdjęcie jest złożeniem drugiego, trzeciego i czwartego zdjęcia wykonanego przez JunoCam JunoCam podczas przelotu obok planety, widziana z perspektywy czwartego zdjęcia. Północ znajduje się po lewej stronie. Obrazy mają rozdzielczość nieco ponad 0,5 do 2,5 mil na piksel (1 do 4 kilometrów na piksel). Podobnie jak w przypadku naszego Księżyca i Ziemi, jedna strona Europy jest zawsze zwrócona w stronę Jowisza i jest to strona Europy widoczna tutaj. Powierzchnia Europy jest usiana pęknięciami, grzbietami i pasmami, które wymazały teren sprzed ponad 90 milionów lat. Naukowiec obywatel Kevin M. Generowanie i przetwarzanie obrazu w celu poprawy koloru i kontrastu. Prawa autorskie: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS, Kevin M. Generacja CC BY 3.0

Aby ocenić przeżywalność aminokwasów w tych światach, zespół zmieszał próbki aminokwasów z lodem schłodzonym do około -321 stopni Celsjusza. F (-196 Celsjusz) umieszczono w szczelnych, pozbawionych powietrza fiolkach i bombardowano je promieniami gamma, rodzajem wysokoenergetycznego światła, w różnych dawkach. Ponieważ w oceanach może istnieć mikroskopijne życie, zbadano także przeżywalność aminokwasów w martwych bakteriach znajdujących się w lodzie. Na koniec przetestowali próbki aminokwasów w lodzie zmieszanym z pyłem krzemianowym, aby sprawdzić możliwe mieszanie się materiału z meteorytów lub wnętrz z lodem powierzchniowym.

Konsekwencje dla przyszłych misji kosmicznych

Eksperymenty dostarczyły kluczowych danych do określenia szybkości rozkładu aminokwasów, zwanych stałymi rozpadu radioaktywnego. Wykorzystując te stałe, zespół wykorzystał wiek powierzchni lodu oraz środowisko radiacyjne Europy i Enceladusa do obliczenia głębokości kraterów i lokalizacji, w których 10% aminokwasów może przetrwać zniszczenie radioaktywne.

Chociaż przeprowadzono poprzednie eksperymenty w celu sprawdzenia przeżycia aminokwasów w lodzie, jest to pierwsze, w którym zastosowano niższe dawki promieniowania, które nie powodują całkowitego rozkładu aminokwasów, ponieważ wystarczy je zmienić lub rozłożyć, aby ustalić, czy są to możliwe oznaki życie niemożliwe. Jest to także pierwszy eksperyment, w którym wykorzystano warunki Europa/Enceladus do oceny przeżywalności tych związków w mikroorganizmach, a także pierwszy testujący przeżywalność aminokwasów zmieszanych z pyłem.

Zespół odkrył, że aminokwasy rozkładają się szybciej po zmieszaniu z kurzem, ale rozkładają się wolniej, gdy pochodzą z mikroorganizmów.

To zdjęcie przedstawia próbki eksperymentalne załadowane do specjalnie zaprojektowanego naczynia Dewara, które wkrótce zostanie wypełnione ciekłym azotem i umieszczone pod promieniowaniem gamma. Należy pamiętać, że szczelnie zamknięte probówki owinięte są w gazę, aby utrzymać je razem, ponieważ w ciekłym azocie probówki stają się wyporne i zaczynają unosić się w naczyniu Dewara, zakłócając właściwą ekspozycję na promieniowanie. Prawa autorskie: Candice Davison

„Powolne tempo uwalniania aminokwasów” kwaśny „Zniszczenie próbek biologicznych w warunkach powierzchniowych podobnych do tych na Europie i Enceladusie wzmacnia znaczenie przyszłych pomiarów wykrywania życia przez misje lądowników na Europie i Enceladusie” – powiedział Pavlov. „Nasze wyniki wskazują, że tempo rozkładu potencjalnych biomolekuł organicznych w regionach bogatych w krzemionkę zarówno na Europie, jak i na Enceladusie jest wyższe niż w czystym lodzie, dlatego też potencjalne przyszłe misje do Europy i Enceladusa powinny zachować ostrożność przy pobieraniu próbek z miejsc bogatych w krzemionkę na obu księżycach.

Możliwe wyjaśnienie, dlaczego aminokwasy utrzymują się dłużej w bakteriach, wymaga zastosowania metod Promieniowanie jonowe Zmieniaj cząsteczki – bezpośrednio, rozrywając wiązania chemiczne lub pośrednio, tworząc pobliskie, reaktywne związki, które z kolei zmieniają lub rozkładają pożądaną cząsteczkę. Materiał komórkowy bakterii prawdopodobnie chronił aminokwasy przed reaktywnymi związkami wytwarzanymi przez promieniowanie.

Odniesienie: „Zmienne i znaczące straty biomarkerów diagnostycznych po symulowanej ekspozycji na promieniowanie kosmiczne w glebach bogatych w glinę i węglany”. Mars „Analog Samples” autorstwa Anaïs Roussel, Amy C. McAdam i Alexa A. Pavlov i Christine A. Knudsona i Sherry N. Achillesa i Dennisa I. Wostokos i Jason B. Durkina i S. Andrejkovicova i Dina M. Moc, Sarah Stewart Johnson, 18 lipca 2024 r., Astrobiologia.
DOI: 10.1089/ast.2023.0123

Badania były wspierane przez NASA w ramach nagrody nr 80GSFC21M0002, program finansowania naukowców stacjonarnych NASA Planetary Science Division w ramach pakietu roboczego Goddard Core Laboratory Research Work Package oraz NASA Astrobiology n złożyć Nagroda 80NSSC18K1140.