Художественная интерпретация спутника Сатурна Энцелада изображает гидротермальную активность на морском дне и трещины в ледяной коре Луны, которые позволяют материалу из водной недр выбрасываться в космос. Новое исследование показывает, что инструменты, предназначенные для следующих миссий, смогут найти следы одной клетки в одном ледяном зерне, содержащемся в шлейфе. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Покрытые льдом океаны некоторых лун, вращающихся вокруг Сатурна и Юпитера, являются ведущими кандидатами на поиски внеземной жизни. Новое лабораторное исследование, проведенное Вашингтонским университетом в Сиэтле и Свободным университетом Берлина, показывает, что отдельные ледяные зерна, выброшенные из этих планетных тел, могут содержать достаточно материала, чтобы инструменты, отправленные туда осенью, могли обнаружить признаки жизни, если такая жизнь существует. .
«Впервые мы показали, что даже крошечная фракция клеточного материала может быть идентифицирована с помощью масс-спектрометра на борту космического корабля», — сказал ведущий автор Фабиан Кленнер, постдокторант Университета Вашингтона в области наук о Земле и космосе. «Наши результаты дают нам больше уверенности в том, что с помощью новых инструментов мы сможем обнаруживать формы жизни, подобные земным, которые, как мы все больше верим, могут присутствовать на лунах, несущих океан».
Исследование в открытом доступе было опубликовано в журнале Science Advances. Другие авторы в международной команде — из Открытого университета Великобритании; Лаборатория реактивного движения НАСА; Университет Колорадо, Боулдер; и Лейпцигский университет.
Миссия Кассини, завершившаяся в 2017 году, обнаружила параллельные трещины возле южного полюса спутника Сатурна Энцелада. Из этих трещин исходят шлейфы, содержащие газ и частицы льда. Миссия НАСА Europa Clipper, старт которой запланирован на октябрь, будет оснащена дополнительными инструментами для еще более детального изучения ледяного спутника Юпитера Европы.
На этом изображении показаны красные полосы на поверхности Европы, самой маленькой из четырех больших лун Юпитера. Предстоящая миссия Europa Clipper отправит инструменты для исследования этой луны. Новое исследование показывает, что один из этих инструментов, предназначенных для следующей миссии, может найти следы единственной клетки в единственной ледяной крупке, выброшенной из недр планетарного тела. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Галилео.
Чтобы подготовиться к этой миссии, исследователи изучают, что может найти это новое поколение инструментов. Технически невозможно напрямую моделировать ледяные зерна, летящие в космосе со скоростью от 4 до 6 километров в секунду, чтобы попасть в наблюдательный прибор, поскольку фактическая скорость столкновения будет такой.
Вместо этого авторы использовали экспериментальную установку, которая посылает тонкий луч жидкой воды в вакуум, где она распадается на капли. Затем они использовали лазерный луч для возбуждения капель и масс-спектральный анализ, чтобы имитировать то, что обнаруживают инструменты космического зонда.
Недавно опубликованные результаты показывают, что инструменты, предназначенные для будущих миссий, такие как анализатор поверхностной пыли на борту Europa Clipper, могут обнаруживать клеточный материал в одной из сотен тысяч ледяных зерен.
Исследование было сосредоточено на Sphingopyxis alaskensis, распространенной бактерии в водах Аляски. Хотя во многих исследованиях в качестве модельного организма используется бактерия Escherichia coli, этот одноклеточный организм намного меньше, живет в холодной среде и может выжить при небольшом количестве питательных веществ. Все это делает его лучшим кандидатом на потенциальную жизнь на ледяных спутниках Сатурна или Юпитера.
«Они чрезвычайно малы, поэтому теоретически способны поместиться в ледяные зерна, которые выбрасываются из океанского мира, такого как Энцелад или Европа», — сказал Кленнер.
На рисунке слева изображен Энцелад и его покрытый льдом океан с трещинами возле южного полюса, которые, как полагают, проникают сквозь ледяную корку. На средней панели показано, где, по мнению авторов, может процветать жизнь: на поверхности воды, в предполагаемом тонком слое (показан желтым), как в океанах Земли. На правой панели показано, что по мере того, как пузырьки газа поднимаются и лопаются, бактериальные клетки могут подниматься в космос с каплями, которые затем становятся зернышками льда, обнаруженными Кассини. Фото: Европейское космическое агентство.
Результаты показывают, что инструменты могут обнаружить эту бактерию или ее части в одном зернышке льда. Разные молекулы попадают в разные ледяные зерна. Новое исследование показывает, что анализ отдельных зерен льда, в которых может быть сконцентрирован биоматериал, более успешен, чем усреднение по более крупной выборке, содержащей миллиарды отдельных зерен.
Недавнее исследование, проведенное теми же исследователями, показало наличие фосфатов на Энцеладе. Теперь это планетарное тело, по-видимому, содержит энергию, воду, фосфат, другие соли и органический материал на основе углерода, что повышает вероятность того, что на нем могут существовать формы жизни, подобные тем, которые встречаются на Земле.
Авторы предполагают, что если бактериальные клетки заключены в липидную мембрану, как на Земле, то они также будут образовывать кожу на поверхности океана. На Земле океанская пена является ключевой частью морских брызг, которые создают запах океана. На ледяной луне, где океан соединен с поверхностью (например, через трещины в ледяной оболочке), вакуум космического пространства вызовет кипение подземного океана. Пузырьки газа поднимаются через океан и лопаются на поверхности, где клеточный материал включается в ледяные зерна внутри шлейфа.
«Здесь мы описываем правдоподобный сценарий того, как бактериальные клетки теоретически могут быть включены в ледяной материал, который образуется из жидкой воды на Энцеладе или Европе, а затем выбрасывается в космос», — сказал Кленнер.
На левой панели показана ледяная корка толщиной в километры, которая, как полагают, окружает спутник Сатурна Энцелад. Трещина заполняется соленой водой с предполагаемым тонким слоем (показан оранжевым) на ее поверхности. На правой панели показано, как пузырьки газа поднимаются и лопаются, они соединяются с органическим материалом и попадают в брызги. Фото: Постберг и др. (2018)/ Природа
Анализатор поверхностной пыли на борту Europa Clipper будет более мощным, чем инструменты прошлых миссий. Этот и будущие инструменты также впервые смогут обнаруживать ионы с отрицательным зарядом, что делает их более подходящими для обнаружения жирных кислот и липидов.
«Для меня поиск липидов или жирных кислот даже более интересен, чем поиск строительных блоков ДНК, и причина в том, что жирные кислоты кажутся более стабильными», — сказал Кленнер.
«При наличии подходящего оборудования, такого как анализатор поверхностной пыли на космическом зонде NASA Europa Clipper, найти жизнь или ее следы на ледяных лунах может оказаться проще, чем мы думали», — сказал старший автор Фрэнк Постберг, профессор планетарных наук. в Свободном университете Берлина.
«Конечно, если там присутствует жизнь, и она хочет быть заключена в ледяные зерна, происходящие из такой окружающей среды, как подземный резервуар с водой».
Информация от: Вашингтонским университетом
