Несмотря на огромное расстояние между нами и сверкающим спутником Сатурна Энцеладом, ледяной океанский спутник является главной целью в наших поисках жизни. Он выпускает водяной пар и крупные органические молекулы в космос через трещины в своей ледяной оболочке, которая относительно тонка по сравнению с другими ледяными океанскими спутниками, такими как Европа Юпитера. Хотя это все еще вне досягаемости, научный доступ к ее океану не так сложен, как на Европе, ледяной панцирь которой гораздо толще.
Присутствие крупных органических молекул не вызывает больших сомнений. Но они не обязательно означают, что в древнем невидимом океане скрывается что-то живое. Вместо этого их могли производить гидротермальные процессы. Сложность возникает потому, что гидротермальные процессы также связаны с возникновением жизни.
Понимание абиотических процессов, в результате которых производятся эти молекулы, важно не только для Энцелада. Он может послужить основой для понимания результатов будущей миссии на замерзшую луну и любых биосигнатур, которые она может обнаружить.
Новое исследование, опубликованное в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, рассматривает этот вопрос. Он называется «Лабораторная характеристика гидротермально обработанных олигопептидов в ледяных зернах, выброшенных Энцеладом и Европой». Ведущий автор — доктор Нозаир Хаваджа из Института космических систем (IRS) Штутгартского университета.
Ученые предполагают, что жизнь на Земле зародилась в результате гидротермальных явлений на дне океана. Эти вентиляционные отверстия обеспечивают жидкость, богатую минералами. В глубоких океанских жерлах под экстремальным давлением эти минералы могут вступать в реакцию с морской водой, образуя строительные блоки жизни.
«В исследованиях мы также говорим о гидротермальном поле», — объясняет ведущий автор Хаваджа. «Имеются убедительные доказательства того, что в таких областях преобладают условия, важные для возникновения или поддержания простых форм жизни».
Большая часть того, что мы знаем об Энцеладе, получено благодаря миссии Кассини. Ученые все еще работают с данными Кассини, хотя они закончились в 2017 году. Хотя большая часть данных имела низкое разрешение, они по-прежнему ценны.
Профессор Франк Постберг из Свободного университета (FU) в Берлине является одним из соавторов исследования. «В 2018 и 2019 годах мы столкнулись с различными органическими молекулами, в том числе с некоторыми, которые обычно являются строительными блоками биологических соединений», — сказал Постберг. «А это означает, что возможно, что там происходят химические реакции, которые в конечном итоге могут привести к возникновению жизни».
Между гидротермальными жерлами и молекулами, выброшенными в космос, отсутствует связь. Ученые не уверены, ответственны ли вентиляционные отверстия за молекулы и каким образом. Замешана ли жизнь?
Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи смоделировали гидротермальный источник Энцелада в своей лаборатории.
«С этой целью мы смоделировали параметры возможного гидротермального поля на Энцеладе в лаборатории Берлинского университета», — рассказал ведущий автор Хаваджа. «Затем мы исследовали, какое влияние эти условия оказывают на простую цепочку аминокислот». Аминокислоты являются основными строительными блоками белков и основой всей жизни на Земле. Их сотни, и во всех живых клетках их 22. Они являются предшественниками белков и показывают, что жизнь на Земле взаимосвязана.
Исследователи подвергли аминокислоты воздействию условий, которые, как считается, сохраняются на дне океана Энкледада. «Здесь мы представляем результаты нашего недавно созданного объекта для моделирования обработки океанского материала в диапазоне температур 80–150 ° C и диапазоне давлений 80–130 бар, что представляет собой условия, предложенные для границы раздела вода-порода на Энцеладе», — они напишите в их газете. В этих условиях цепочки аминокислот вели себя характерно.
Но это в лаборатории. Можем ли мы разработать космический зонд, который сможет обнаружить подобные изменения на Энцеладе? Сами изменения скрыты, но производят ли они побочные продукты или маркеры, которые выбрасываются в космос?
Анализатор космической пыли Кассини (CDA) обнаружил органические молекулы в шлейфах Энцелада, наблюдая за столкновениями между быстро движущимися частицами, которые разрушают молекулы и испаряют их содержимое. Некоторые частицы, лишенные электронов, становятся положительно заряженными и притягиваются к отрицательному электроду прибора. Чем они менее массивны, тем быстрее достигают электрода.
Объединив большое количество данных такого типа, CDA многое узнало об исходных молекулах.
Но это невозможно повторить в лаборатории.
«Вместо этого мы впервые применили альтернативный метод измерения под названием LILBID для частиц льда, содержащих гидротермально измененный материал», — объясняет Хаваджа. LILBID означает лазерно-индуцированную десорбцию жидкостных ионов, другой тип масс-спектрометрии, чем CDA. Хотя метод отличается, он дает результаты, аналогичные результатам прибора CDA Кассини.
«Это дает масс-спектры, очень похожие на прибор Кассини. Мы использовали это для измерения аминокислотной цепи до и после эксперимента. В процессе мы столкнулись с характерными сигналами, которые были вызваны реакциями в нашем моделируемом гидротермальном поле», — сказал Хаваджа.
В частности, исследователи изучили гидротермальную обработку пептида триглицина (GGG). GGG — трипептид, наиболее распространенный. Ученые часто используют GGG для изучения аминокислот, пептидов и белков, анализируя молекулярные взаимодействия и физико-химические параметры всех трех.
«Различия, наблюдаемые между масс-спектрами гидротермально обработанного и необработанного триглицина, можно рассматривать как спектральный отпечаток пальца для идентификации обработанного GGG в зернах льда с ледяных лун Солнечной системы», — пишут авторы в своем исследовании.
«Это дает масс-спектры, очень похожие на прибор Кассини. Мы использовали это для измерения аминокислотной цепи до и после эксперимента. В процессе мы столкнулись с характерными сигналами, которые были вызваны реакциями в нашем моделируемом гидротермальном поле», — сказал Хаваджа.
Исследователи намерены повторить этот эксперимент с другими органическими молекулами в расширенных геофизических условиях океана Энцелада. «С помощью этой новой лабораторной установки мы будем моделировать ряд гидротермических условий: от высоких давлений и температур, связанных с большей глубиной ядра, до более мягких условий в океанской воде вблизи границы раздела вода-порода», — пишут авторы в статье. их бумага.
Результаты позволят им искать в данных Кассини подобные маркеры. Он также может использоваться для будущих миссий на Энцелад и станет еще одним доказательством гидротермальной активности на замерзшем океанском спутнике.
Если ученые смогут подтвердить наличие гидротермальных источников на Энцеладе, волнение, которое вызывает Луна, только усилится.
