Эффектные струи, как большие, так и маленькие, распыляют водяной лед и пар из многих мест вдоль знаменитых «тигровых полос» около южного полюса спутника Сатурна Энцелада. Кредит: NASA/JPL/Space Science Institute
Европа, спутник Юпитера, и Энцелад, спутник Сатурна, имеют свидетельства наличия океанов под ледяной коркой. Эксперимент НАСА предполагает, что если эти океаны поддерживают жизнь, то следы этой жизни в виде органических молекул (например, аминокислот, нуклеиновых кислот и т. д.) могут сохраняться прямо под поверхностным льдом, несмотря на жесткую радиацию на этих мирах. Если на эти луны будут отправлены роботизированные посадочные модули для поиска признаков жизни, им не придется копать очень глубоко, чтобы найти аминокислоты, которые выжили, будучи измененными или разрушенными радиацией.
«На основании наших экспериментов «безопасная» глубина отбора проб аминокислот на Европе составляет почти 8 дюймов (около 20 сантиметров) на высоких широтах ведомого полушария (полушария, противоположного направлению движения Европы вокруг Юпитера) в районе, где поверхность не сильно пострадала от ударов метеоритов», — сказал Александр Павлов из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, ведущий автор статьи об исследовании.
«Для обнаружения аминокислот на Энцеладе не требуется отбора проб из-под поверхности — эти молекулы переживут радиолиз (распад под действием радиации) в любом месте на поверхности Энцелада на расстоянии менее десятой доли дюйма (менее нескольких миллиметров) от поверхности», — продолжил Павлов.
Работа опубликована в журнале Astrobiology.
Холодные поверхности этих почти безвоздушных лун, вероятно, непригодны для жизни из-за излучения как высокоскоростных частиц, захваченных магнитными полями их планеты-хозяина, так и мощных событий в глубоком космосе, таких как взрывающиеся звезды. Однако у обеих есть океаны под ледяными поверхностями, которые нагреваются приливами от гравитационного притяжения планеты-хозяина и соседних лун. Эти подповерхностные океаны могли бы быть средой обитания жизни, если бы у них были другие потребности, такие как источник энергии, а также элементы и соединения, используемые в биологических молекулах.
Исследовательская группа использовала аминокислоты в экспериментах по радиолизу как возможные представители биомолекул на ледяных лунах. Аминокислоты могут быть созданы жизнью или небиологической химией. Однако обнаружение определенных видов аминокислот на Европе или Энцеладе было бы потенциальным признаком жизни, поскольку они используются земной жизнью в качестве компонента для построения белков.
Белки необходимы для жизни, поскольку они используются для создания ферментов, которые ускоряют или регулируют химические реакции, а также для создания структур. Аминокислоты и другие соединения из подповерхностных океанов могут быть вынесены на поверхность гейзерной активностью или медленным перемешиванием ледяной корки.
Этот вид ледяного спутника Юпитера Европы был запечатлен камерой JunoCam, камерой для публичного взаимодействия на борту космического корабля NASA Juno, во время близкого пролета миссии 29 сентября 2022 года. Изображение представляет собой композицию из второго, третьего и четвертого изображений JunoCam, сделанных во время пролета, как видно с точки зрения четвертого изображения. Север находится слева. Изображения имеют разрешение чуть более 0,5–2,5 миль на пиксель (от 1 до 4 километров на пиксель). Как и в случае с нашей Луной и Землей, одна сторона Европы всегда обращена к Юпитеру, и именно эта сторона Европы видна здесь. Поверхность Европы испещрена трещинами, хребтами и полосами, которые стерли рельеф старше примерно 90 миллионов лет. Гражданский ученый Кевин М. Гилл обработал изображения, чтобы улучшить цвет и контрастность. Кредит: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS, Кевин М. Гилл CC BY 3.0
Чтобы оценить выживаемость аминокислот в этих мирах, команда смешала образцы аминокислот со льдом, охлажденным примерно до минус 321 градуса по Фаренгейту (-196 градусов по Цельсию) в герметичных безвоздушных флаконах, и бомбардировала их гамма-лучами, типом высокоэнергетического света, в различных дозах. Поскольку океаны могут содержать микроскопическую жизнь, они также проверили выживаемость аминокислот в мертвых бактериях во льду. Наконец, они проверили образцы аминокислот во льду, смешанном с силикатной пылью, чтобы рассмотреть потенциальное смешивание материала из метеоритов или недр с поверхностным льдом.
Эксперименты предоставили основные данные для определения скоростей распада аминокислот, называемых константами радиолиза. С их помощью команда использовала возраст ледяной поверхности и радиационную среду на Европе и Энцеладе, чтобы рассчитать глубину бурения и места, где 10% аминокислот выживут после радиолитического разрушения.
Хотя эксперименты по проверке выживаемости аминокислот во льду проводились и раньше, это первый эксперимент, в котором использовались более низкие дозы радиации, которые не полностью разрушали аминокислоты, поскольку простого изменения или деградации было бы достаточно, чтобы сделать невозможным определение того, являются ли они потенциальными признаками жизни. Это также первый эксперимент, в котором условия Европы/Энцелада использовались для оценки выживаемости этих соединений в микроорганизмах, и первый эксперимент, в котором проверялась выживаемость аминокислот, смешанных с пылью.
На этом изображении показаны экспериментальные образцы, загруженные в специально разработанный дьюар, который вскоре будет заполнен жидким азотом и помещен под гамма-излучение. Обратите внимание, что запаянные пламенем пробирки обернуты хлопчатобумажной тканью, чтобы они держались вместе, поскольку пробирки становятся плавучими в жидком азоте и начинают плавать в дьюаре, мешая правильному воздействию радиации. Автор: Кэндис Дэвисон
Ученые обнаружили, что аминокислоты распадаются быстрее при смешивании с пылью, но медленнее, если их источником являются микроорганизмы.
«Низкие скорости разрушения аминокислот в биологических образцах в условиях, подобных условиям на поверхности Европы и Энцелада, подтверждают необходимость будущих измерений по обнаружению жизни с помощью миссий посадок на Европу и Энцелад», — сказал Павлов. «Наши результаты показывают, что скорости деградации потенциальных органических биомолекул в богатых кремнием регионах на Европе и Энцеладе выше, чем в чистом льду, и поэтому возможные будущие миссии на Европу и Энцелад должны быть осторожны при отборе проб в богатых кремнием местах на обоих ледяных спутниках».
Потенциальное объяснение того, почему аминокислоты дольше выживают в бактериях, связано с тем, как ионизирующее излучение изменяет молекулы — напрямую, разрывая их химические связи, или косвенно, создавая поблизости реактивные соединения, которые затем изменяют или разрушают интересующую молекулу. Возможно, что бактериальный клеточный материал защищал аминокислоты от реактивных соединений, производимых излучением.
