Enceladus: Cassini vindt nieuwe aanwijzingen voor leven

Tien jaar oude data, nieuwe implicaties

Wetenschappers die werken met gearchiveerde metingen van NASA’s Cassini-ruimtevaartuig hebben chemische vingerafdrukken geïdentificeerd in vers uitgestoten ijskorrels die wijzen op actieve organische chemie binnenin de Saturnusmaan Enceladus. De analyse bracht moleculaire fragmenten aan het licht — waaronder esters, ethers, cyclische koolwaterstoffen en stikstof-zuurstofhoudende verbindingen — in materiaal dat rechtstreeks afkomstig is uit de ondergrondse oceaan van de maan, en niet uit het oude stof dat rond Saturnus zweeft. Deze tussenproducten zijn het soort moleculen dat chemici herkennen als potentiële bouwstenen voor aminozuren en andere biologisch relevante verbindingen.

Die bevinding is afkomstig uit een nieuwe studie waarin flyby-gegevens van Cassini’s ontmoetingen met de maan en haar pluimen opnieuw zijn onderzocht. Omdat de korrels die het team analyseerde werden bemonsterd vlak nadat ze waren uitgestoten, bevatten ze een veel minder veranderd chemisch verslag dan deeltjes die al jaren in een baan om de planeet draaien en door straling in de ruimte zijn bewerkt. Het resultaat is een helderder venster op de oceaanchemie die zich onder de ijzige korst van Enceladus afspeelt.

Waarom vers uitgestoten korrels van belang zijn

Wanneer ijskorrels worden gelanceerd vanuit het uitstootgebied nabij de zuidpool van Enceladus, vallen sommige snel terug en worden andere meegesleurd in de E-ring van Saturnus, waar ze eeuwenlang blootgesteld kunnen worden aan geladen deeltjes en ultraviolet licht. Die verwering in de ruimte kan delicate organische moleculen afbreken of veranderen, waardoor de oorspronkelijke chemie wordt gemaskeerd. Door korrels te isoleren die zeer kort na de uitbarsting zijn verzameld, hebben onderzoekers die onduidelijkheid verminderd en moleculaire fragmenten gevonden die consistent zijn met actieve, voortdurende synthese in de oceaan onder het ijs zelf, in plaats van producten te zijn van processen in de ruimte.

Aanwijzingen uit een energieke diepzee

De erfenis van Cassini bevatte al drie sterke aanwijzingen dat de oceaan van Enceladus geen stilstaande poel is. Het ruimtevaartuig detecteerde microscopisch kleine silicadeeltjes waarvan de grootte en chemie het best verklaard kunnen worden door reacties tussen heet water en gesteente op de zeebodem — een kenmerk van hydrothermale bronnen op aarde — en latere metingen toonden moleculaire waterstof in de pluim aan, een krachtige bron van chemische energie voor microben. Kortom, de maan levert vloeibaar water, een vrije energiebron en nu een steeds complexere organische chemie — de basischecklist voor bewoonbaarheid zoals wij die begrijpen.

Hoe deze moleculen passen in het recept voor leven

De nieuw geïdentificeerde fragmenten zijn geen intacte eiwitten of DNA; het zijn kleinere chemische stukjes die kunnen deelnemen aan reactieketens die leiden tot grotere biomoleculen. Op aarde kunnen reactieketens die esters, ethers en bepaalde cyclische structuren produceren, leiden tot voorlopers van aminozuren en lipidecomponenten. Het detecteren van deze tussenproducten in vers pluimmateriaal suggereert dat de oceaan van Enceladus een dynamische organische chemie herbergt die — gegeven de tijd en de juiste omstandigheden — complexere soorten zou kunnen vormen. Maar er is een belangrijk voorbehoud: abiotische (niet-biologische) chemie kan onder hydrothermale omstandigheden ook dezelfde tussenproducten genereren, dus hun aanwezigheid is een indicator voor chemische rijkdom, en op zichzelf geen biosignatuur.

Fosfor en andere ingrediënten voor leven

Eerder onderzoek uit het Cassini-tijdperk had al andere grote gaten in de bewoonbaarheidsbalans van Enceladus gedicht. Analyses van zoutrijke ijskorrels onthulden de aanwezigheid van fosfaat — de vorm van fosfor die op aarde wordt gebruikt in DNA, celmembranen en energiedragende moleculen — in concentraties die naar schatting vele malen hoger zijn dan in typisch zeewater. De detectie van fosfor, gecombineerd met de nieuwe inventaris van organische tussenproducten en bewijs voor energie-opleverende chemie, schetst een beeld van een oceaan die voldoet aan de drie brede vereisten voor leven: een oplosmiddel, biochemie en een bruikbare energiebron.

De grenzen van wat Cassini ons kan vertellen

Het is essentieel om duidelijk te zijn over wat deze ontdekkingen wel en niet aantonen. Cassini was niet uitgerust om levende organismen te identificeren of om het soort sequenering en isotopentests uit te voeren die overtuigende biosignaturen zouden opleveren. Het ruimtevaartuig bemonsterde pluimgassen en ijsdeeltjes van micrometers groot; instrumenten maten massafragmenten en elementverhoudingen in plaats van intacte organismen. De nieuwe chemische detecties maken het aannemelijker dat er leven zou kunnen bestaan, maar ze vormen geen bewijs. Het onderscheiden van biologische productie van abiotische chemie zal gerichte, uiterst gevoelige instrumentatie vereisen en missieontwerpen die geoptimaliseerd zijn om op leven te testen.

Wat nu volgt: missies en metingen

Deze resultaten hebben de wetenschappelijke basis versterkt voor een terugkeer naar Enceladus met hardware die specifiek is ontworpen voor astrobiologie. Roadmaps en strategische rapporten van de wetenschappelijke gemeenschap hebben Enceladus de afgelopen jaren aangemerkt als een topkandidaat voor een missie in de flagship-klasse: concepten variëren van orbiters die herhaaldelijk de pluim bemonsteren tot 'orbilander'-architecturen die pluimbemonstering combineren met kortstondige operaties op het oppervlak. Het ontwerpen van instrumenten die vers pluimmateriaal kunnen opvangen, fragiele organische stoffen kunnen behouden en onderscheid kunnen maken tussen abiotische en biotische chemische paden, zal centraal staan in elke toekomstige campagne.

Waarom dit belangrijk is

Misschien wel het meest opvallende aspect van het verhaal is hoeveel nieuwe wetenschap er uit bestaande data kan worden gewrongen wanneer verse analysetechnieken en nieuwe wetenschappelijke vragen worden toegepast. Cassini's datasets blijven zorgvuldige heronderzoeken belonen, en de chemie die nu op Enceladus zichtbaar wordt, verheft de maan van een fascinerende curiositeit tot een belangrijk laboratorium voor het testen van ideeën over hoe leven ontstaat en overleeft in ijzige oceaanwerelden. Als toekomstige missies bevestigen dat hydrothermale systemen op Enceladus op grote schaal complexe organische stoffen produceren, hebben we een beslissende stap gezet in het beantwoorden van een van de oudste vragen van de mensheid: zijn we alleen?

— James Lawson, MSc Science Communication, BSc Physics