Океанічний супутник Сатурна, Енцелад, привертає все більшу увагу у пошуках життя нашої Сонячної системі. Більшість того, що ми знаємо про Енцелад і його вкритий льодом океан, отримана завдяки місії Кассіні. Кассіні завершив дослідження системи Сатурна у 2017 році, але вчені все ще працюють над його даними.
Нове дослідження, засноване на даних Кассіні, підтверджує ідею про те, що на Енцелад є хімічні речовини, необхідні для життя.
Під час своєї місії «Кассіні» виявив гейзероподібні шлейфи води, що прориваються крізь крижану оболонку Енцеладу. У 2008 році «Кассіні» здійснив проліт на близькій відстані та проаналізував шлейфи за допомогою свого аналізатора космічного пилу (CDA). CDA показало, що вода в шлейфах містила дивовижну суміш летких речовин, включаючи вуглекислий газ, водяну пару та окис вуглецю. Також було виявлено слідові кількості молекулярного азоту, простих вуглеводнів та складних органічних хімікатів.
Але дані Кассіні все ще аналізуються, навіть через шість років після того, як він завершив свою місію і був відправлений на знищення Сатурна в атмосфері. У новій статті подано деякі отримані результати. Ведучий автор – Даніель Мураторе, постдокторант Інституту Санта-Фе.
Робота зосереджена на відкритті аміаку та неорганічного фосфору в океані Енцеладу. Дослідники використовували екологічну та метаболічну теорію та моделювання, щоб зрозуміти, як ці хімічні речовини можуть зробити Енцелад придатним для життя. «Окрім припущень про порогові концентрації біоактивних сполук для підтримки екосистем, метаболічна та екологічна теорії можуть надати потужну інтерпретативну лінзу для оцінки того, чи сумісне позаземне середовище з живими екосистемами», — пояснюють автори.
Найважливішим компонентом екологічної теорії є коефіцієнт Редфілда. Його назвали на честь американського океанографа Альфреда Редфілда. В 1934 Редфілд опублікував результати, що показують, що співвідношення вуглецю, азоту і фосфору (C: N: P) було напрочуд постійним в біомасі океану і становило 106:16:1. Інші дослідники виявили, що співвідношення трохи змінювалося залежно від площі та присутніх видів фітопланктону. У пізніших роботах це співвідношення було уточнено до 166:22:1.
Точні цифри не обов’язково є критичною точкою. Висновок Редфілда є життєво важливим. Коефіцієнт Редфілда показує дивовижну єдність між хімією живих істот у глибинах океану та самого океану. Він припустив, що існує рівновага між океанською водою та поживними речовинами планктону, заснована на біотичному зворотному зв’язку. Він описав хімічну структуру поживних речовин та простого життя.
«Яким би не було пояснення, відповідність між кількостями біологічно доступних азоту та фосфору в морі та пропорціями, в яких вони використовуються планктоном, є явищем, що представляє найбільший інтерес», — сказав Редфілд.
Отже, як же відкриття аміаку та фосфору в океані Енцеладу пов’язане із співвідношенням Редфілда та біологічним потенціалом Енцеладу?
p align=”justify”> Коефіцієнт Редфілда широко поширений по всьому Дереву Життя на Землі. «Через цю повсюдність коефіцієнт Редфілда вважається цільовим показником для астробіологічного виявлення життя, особливо на таких океанських світах, як Європа і Енцелад» , — пишуть автори. Коли доходить до життя, все, що нам потрібно, — це Земля. Тому розумно використовувати фундаментальні аспекти хімії життя тут, на Землі, як лінзу, через яку можна досліджувати інші світи, які потенційно підтримують життя.
Аналіз даних Кассіні по шлейфам Енцелад показує високий рівень неорганічних фосфатів в океані. Інші геохімічні моделі, засновані на відкриттях Кассіні, показують те саме. “Ці повідомлення про фосфор слідують за результатами попередніх робіт, що ідентифікують численні елементарні складові земного життя (C, N, H, O) зі шлейфу Енцеладу”, – пояснюють автори. Подальший аналіз показує, що океан містить багато хімічних речовин, звичайних живих організмів, такі як попередники амінокислот, амоній і вуглеводні.
Таким чином, океан Енцеладу має багатий хімічний склад, і багато хімічних речовин відбивають хімічний склад життя. Зокрема, з’являється нова гіпотеза у тому, що Енцелад міг підтримувати метаногенез. Земні археї здійснюють метаногенез у широкому діапазоні різних умов навколишнього середовища на Землі і роблять це вже понад три мільярди років, доводячи свою виживання. Біохімічне моделювання припускає, що метаногени Землі сумісні з океаном Енцеладу.
Дослідники розробили нову, докладнішу модель метаногенів на Енцеладі, щоб побачити, чи зможуть вони там вижити та процвітати. Їхня модель багато в чому спиралася на коефіцієнт Редфілда. Вони виявили, що, хоча фосфор є у великих кількостях у місячному океані, загальне співвідношення «може обмежуватися клітинами земного типу».
Високі запаси цих поживних речовин можуть відповідати неповному виснаженню через невелику або метаболічно повільну біосферу, біосферу з недавнім зародженням життя або інші причини, які можуть викликати дисбаланс.
То що це означає для перспектив існування життя на Енцеладі? Ми знаходимося тільки на початку шляху науки про біосигнатури. Ми можемо ідентифікувати окремі хімічні речовини, але з такої відстані ми не можемо точно виміряти загальний хімічний склад Енцеладу. Нові дослідження біосигнатури, включно з цією статтею, спрямовані на те, щоб визначити, як біологічні процеси реорганізують хімічні елементи. Розглядаючи цілі екосистеми, як це зробив Редфілд, вчені можуть виявити нові біосигнатури, які будуть менш двозначними.
Якщо ми зможемо це зробити, то зможемо виявити, що неземні форми життя реорганізують хімічні речовини зовсім по-іншому.
Це дослідження є частиною нових зусиль щодо виявлення не тільки окремих хімічних біосигнатур, деякі з яких можуть бути хибнопозитивними. Метан, наприклад, може бути біосигнатурою, але також може здійснюватися абіотичним шляхом. Є й інші, наприклад нещодавно виявлений на Венері фосфін.
Розуміння екосистем загалом є наступним кроком. Необхідно враховувати приголомшливу кількість факторів. Розмір клітин, доступність поживних речовин, радіація, солоність, температура. Знову і знову. Але щоб зрозуміти загальне хімічне середовище на Енцеладі, Європі чи деінде, нам потрібні докладніші дані.
На щастя, приладобудування продовжує вдосконалюватися, і майбутні місії на Європу почнуть малювати повнішу картину. На думку авторів, наступний крок вимагає більш повних даних та більш узагальненого підходу.
“Ми пропонуємо два пріоритети для подальших астробіологічних досліджень, щоб краще зрозуміти наслідки цих висновків” , – пишуть вони. « По-перше, ми повторюємо попередні заклики в астробіологічній літературі досліджувати більш загальні поняття метаболізму та фізіології». Вони також припускають, що пошук прямих паралелей із земним життям у формі біохімії може бути не найкращою стратегією пошуку життя на Енцеладі.
«По-друге, ми рекомендуємо розширити сферу аналогових земних середовищ, включивши в них ті, які мають екстремальні співвідношення ресурсів, що відображають запропоновані для Енцеладу», — пояснюють вони.
Наше розуміння проживання поступово зростає, як ясно показує це дослідження. Швидше за все, не буде моментів викриття, коли ми раптово зрозуміємо це.
Природа створила величезну різноманітність світів, кожен зі своєю хімією. Хоча використання таких інструментів, як коефіцієнт Редфілда, як лінза, є одним із способів поглянути на ці світи у всій їхній унікальній красі, ми не можемо отримати тунельний зір.
Хоча більшість того, що наша уява уявляє собі життя в інших світах, є химерною і малоймовірною, на Енцеладі життя могло б знайти інший шлях. Можуть бути різні способи існування життя та реорганізації хімічного середовища.
