Enceladus: Sonda Cassini odkrywa nowe poszlaki w poszukiwaniu życia

Dane sprzed dekady, nowe perspektywy

Naukowcy pracujący na archiwalnych pomiarach z należącej do NASA sondy Cassini zidentyfikowali sygnatury chemiczne w świeżo wyrzuconych ziarnach lodu, które wskazują na aktywną chemię organiczną we wnętrzu księżyca Saturna, Enceladusa. Analiza wykazała obecność fragmentów molekularnych — w tym estrów, eterów, cyklicznych węglowodorów oraz związków zawierających azot i tlen — w materiale pochodzącym bezpośrednio z podpowierzchniowego oceanu księżyca, a nie ze starego pyłu dryfującego wokół Saturna. Te produkty pośrednie to cząsteczki, które chemicy uznają za potencjalne etapy przejściowe w drodze do powstania aminokwasów i innych związków istotnych biologicznie.

Odkrycie to pochodzi z nowego badania, w którym ponownie przeanalizowano dane z przelotów sondy Cassini w pobliżu księżyca i jego pióropuszy. Ponieważ ziarna analizowane przez zespół zostały pobrane tuż po ich wyrzuceniu, niosą one znacznie mniej zmieniony zapis chemiczny niż cząstki, które krążyły na orbicie przez lata i były poddawane działaniu promieniowania kosmicznego. W rezultacie otrzymaliśmy wyraźniejszy wgląd w chemię oceanu znajdującego się pod lodową skorupą Enceladusa.

Dlaczego świeżo wyrzucone ziarna mają znaczenie

Gdy ziarna lodu są wyrzucane z obszaru szczelin w pobliżu bieguna południowego Enceladusa, niektóre szybko opadają z powrotem, a inne trafiają do pierścienia E Saturna, gdzie mogą spędzić stulecia wystawione na działanie naładowanych cząstek i światła ultrafioletowego. To kosmiczne wietrzenie może rozkładać lub modyfikować delikatne cząsteczki organiczne, maskując pierwotny skład chemiczny. Poprzez wyizolowanie ziaren zebranych wkrótce po erupcji, badacze ograniczyli te niejasności i odkryli fragmenty molekularne wskazujące na aktywną, trwającą syntezę w samym podlodowym oceanie, a nie będące produktami procesów zachodzących w przestrzeni kosmicznej.

Wątki z energetycznych głębin

Dziedzictwo sondy Cassini obejmowało już trzy mocne dowody na to, że ocean Enceladusa nie jest stojącą kałużą. Sonda wykryła mikroskopijne cząsteczki krzemionki, których rozmiar i skład chemiczny najlepiej tłumaczą reakcje gorącej wody ze skałami na dnie morskim — co jest znakiem rozpoznawczym kominów hydrotermalnych na Ziemi — a późniejsze pomiary wykazały obecność wodoru cząsteczkowego w pióropuszu, będącego silnym źródłem energii chemicznej dla mikrobów. Krótko mówiąc, księżyc ten zapewnia płynną wodę, źródło darmowej energii, a teraz także coraz bardziej złożoną chemię organiczną — podstawowe elementy niezbędne do zamieszkania, tak jak je rozumiemy.

Jak te cząsteczki wpisują się w przepis na życie

Nowo zidentyfikowane fragmenty nie są nienaruszonymi białkami ani DNA; są to mniejsze fragmenty chemiczne, które mogą uczestniczyć w łańcuchach reakcji prowadzących do większych biomolekuł. Na Ziemi łańcuchy reakcji wytwarzające estry, etery i niektóre struktury cykliczne mogą prowadzić do powstania prekursorów aminokwasów i składników lipidów. Wykrycie tych produktów pośrednich w świeżym materiale z pióropusza sugeruje, że w oceanie Enceladusa zachodzi dynamiczna chemia organiczna, która — przy odpowiednim czasie i warunkach — mogłaby tworzyć bardziej złożone gatunki. Istnieje jednak ważne zastrzeżenie: chemia abiotyczna (niebiologiczna) może również generować te same produkty pośrednie w warunkach hydrotermalnych, więc ich obecność jest wskaźnikiem bogactwa chemicznego, a nie samą w sobie biosygnaturą.

Fosfor i inne składniki życia

Wcześniejsze badania z ery Cassini wypełniły już inne istotne luki w bilansie zdatności Enceladusa do zamieszkania. Analizy bogatych w sól ziaren lodu ujawniły obecność fosforanów — formy fosforu wykorzystywanej na Ziemi w DNA, błonach komórkowych i cząsteczkach nośników energii — w stężeniach szacowanych na o rzędy wielkości wyższe niż w typowej wodzie morskiej. Wykrycie fosforu, w połączeniu z nowym inwentarzem produktów pośrednich związków organicznych i dowodami na procesy chemiczne dostarczające energii, maluje obraz oceanu spełniającego trzy główne wymogi dla życia: rozpuszczalnik, biochemia i użyteczne źródło energii.

Ograniczenia tego, co może nam powiedzieć sonda Cassini

Kluczowe jest jasne określenie, co te odkrycia pokazują, a czego nie. Sonda Cassini nie była wyposażona w aparaturę do identyfikacji żywych organizmów ani do przeprowadzania testów sekwencjonowania czy izotopowych, które dostarczyłyby przekonujących biosygnatur. Sonda pobierała próbki gazów z pióropuszy i mikronowej wielkości cząsteczek lodu; instrumenty mierzyły fragmenty masowe i proporcje pierwiastków, a nie nienaruszone organizmy. Nowe detekcje chemiczne zwiększają prawdopodobieństwo, że życie mogłoby tam istnieć, ale nie stanowią na to dowodu. Odróżnienie produkcji biologicznej od chemii abiotycznej będzie wymagało ukierunkowanego instrumentarium o wysokiej czułości oraz projektów misji zoptymalizowanych pod kątem poszukiwania życia.

Co dalej: misje i pomiary

Wyniki te wzmocniły naukowe uzasadnienie powrotu na Enceladusa z aparaturą zaprojektowaną specjalnie pod kątem astrobiologii. Mapy drogowe i raporty strategiczne społeczności naukowej z ostatnich lat wskazały Enceladusa jako głównego kandydata do misji klasy flagowej: koncepcje obejmują zarówno orbitery wielokrotnie pobierające próbki z pióropusza, jak i architektury typu „orbilander”, łączące pobieranie próbek z pióropusza z krótkimi operacjami na powierzchni. Zaprojektowanie instrumentów zdolnych do przechwytywania świeżego materiału z pióropusza, zachowania delikatnych substancji organicznych i rozróżniania abiotycznych i biotycznych ścieżek chemicznych będzie kluczowe dla każdej przyszłej kampanii.

Dlaczego to ma znaczenie

Być może najbardziej uderzającym aspektem tej historii jest to, jak wiele nowej wiedzy naukowej można wycisnąć z istniejących danych, gdy zastosuje się świeże techniki analizy i nowe pytania badawcze. Zbiory danych z sondy Cassini wciąż nagradzają staranną ponowną analizę, a chemia Enceladusa, na którą rzucono teraz nowe światło, podnosi rangę tego księżyca z fascynującej ciekawostki do poziomu głównego laboratorium testującego hipotezy o tym, jak życie powstaje i przetrwa w lodowych światach oceanicznych. Jeśli przyszłe misje potwierdzą, że systemy hydrotermalne na Enceladusie wytwarzają złożone związki organiczne na dużą skalę, zrobimy decydujący krok w kierunku odpowiedzi na jedno z najstarszych pytań ludzkości: czy jesteśmy sami?

— James Lawson, MSc Science Communication, BSc Physics