Океанський супутник Енцелад має всі речовини, необхідні для життя

Океанський супутник Сатурна, Енцелад, привертає все більше уваги в пошуках життя в нашій Сонячній системі. Більшість того, що ми знаємо про Енцелад і його вкритий льодом океан, походить від місії Кассіні. Cassini завершив дослідження системи Сатурна у 2017 році, але вчені все ще працюють над його даними.

Нове дослідження, засноване на даних Cassini, підтверджує ідею про те, що Енцелад містить хімічні речовини, необхідні для життя. Під час своєї місії Кассіні виявив гейзероподібні стовпи води, що вириваються крізь крижану оболонку Енцелада. У 2008 році Cassini здійснив обліт на близькій відстані та проаналізував шлейфи за допомогою аналізатора космічного пилу (CDA).

CDA показала, що вода в шлейфах містила дивовижну суміш летючих речовин, включаючи вуглекислий газ, водяну пару та чадний газ. Він також виявив сліди молекулярного азоту, простих вуглеводнів і складних органічних хімічних речовин.

Але дані Кассіні все ще аналізуються, навіть через шість років після того, як він завершив свою місію та був відправлений на знищення в атмосфері Сатурна. У новій статті під назвою «Спостереження елементарного складу Енцелада, узгодженого з узагальненими моделями теоретичних екосистем » представлені деякі нові відкриття. Провідний автор — Даніель Мураторе, постдоктор Інституту Санта-Фе. Робота зосереджена на відкритті аміаку та неорганічного фосфору в океані Енцелада. Дослідники використовували екологічну та метаболічну теорію та моделювання, щоб зрозуміти, як ці хімічні речовини можуть зробити Енцелад придатним для життя.

«Крім припущень про порогові концентрації біологічно активних сполук для підтримки екосистем, метаболічна та екологічна теорія може забезпечити потужну інтерпретаційну лінзу для оцінки сумісності позаземного середовища з живими екосистемами», — пояснюють автори.

Критичним компонентом екологічної теорії є коефіцієнт Редфілда. Названо на честь американського океанографа Альфреда Редфілда. У 1934 році Редфілд опублікував результати, які показали, що співвідношення вуглецю, азоту та фосфору (C:N:P) було надзвичайно постійним для біомаси океану — 106:16:1. Інші дослідники виявили, що співвідношення дещо змінюється залежно від області та наявного виду фітопланктону. Остання робота уточнила співвідношення до 166:22:1.

Точні цифри не обов’язково є критичною точкою. Висновок Редфілда є важливою частиною. Коефіцієнт Редфілда демонструє дивовижну єдність між хімічним складом живих істот у глибинах океану та самим океаном. Він припустив, що існує рівновага між океанською водою та поживними речовинами планктону, яка базується на біотичному зворотному зв’язку. Він описав хімічну основу для поживних речовин і простого життя.

«Яким би не було його пояснення, відповідність між кількістю біологічно доступного азоту та фосфору в морі та пропорціями, в яких вони використовуються планктоном, є феноменом, що викликає найбільший інтерес», — сказав Редфілд у висновку своєї статті.

Отже, як відкриття аміаку та фосфору в океані Енцелада пов’язане з коефіцієнтом Редфілда та біологічним потенціалом Енцелада?

Коефіцієнт Редфілда широко поширений у всьому Дереві Життя на Землі. «Через таку видиму повсюдність коефіцієнт Редфілда вважався цільовою ознакою для астробіологічного виявлення життя, особливо в океанських світах, таких як Європа та Енцелад», — пишуть автори нової статті.

Коли справа доходить до життя, все, що нам залишається, це Земля. Тож доцільно використовувати фундаментальні аспекти хімії життя тут, на Землі, як лінзу, крізь яку досліджувати інші потенційні світи, що підтримують життя. Аналіз даних Кассіні зі шлейфів Енцелада показує високий рівень неорганічного фосфату в океані. Інші геохімічні симуляції, засновані на висновках Кассіні, вказують на те саме.

«Ці повідомлення про фосфор є продовженням попередньої роботи, яка ідентифікувала численні елементарні складові земного життя (C, N, H, O) зі шлейфу Енцелада», — пояснюють автори.

Навіть більше аналізів свідчить про те, що океан містить багато хімічних речовин, поширених у живих організмах, як-от попередники амінокислот, амоній і вуглеводні. Отже, океан Енцелада має багатий хімічний склад, і багато хімічних речовин відображають хімічний склад життя. Зокрема, з’являється гіпотеза про те, що Енцелад міг підтримувати метаногенез.

Земні археї здійснюють метаногенез у широкому діапазоні різних умов навколишнього середовища на Землі, і роблять це протягом понад трьох мільярдів років, доводячи свою живучість. Біохімічне моделювання свідчить про те, що метаногени Землі сумісні з океаном Енцелада.

Дослідники розробили нову, більш детальну модель для метаногенів на Енцеладі, щоб побачити, чи зможуть вони там вижити та процвітати. Їхня модель сильно спиралася на коефіцієнт Редфілда. Вони виявили, що, незважаючи на високий рівень вмісту фосфору в місячному океані, загальне співвідношення «може обмежуватися клітинами, схожими на Землю».

«Високі наявні запаси цих поживних речовин можуть бути пов’язані з неповним скороченням через невелику або метаболічно повільну біосферу, біосферу з недавнім походженням життя» або інші причини, які можуть спричинити дисбаланс.

Ми лише на початку науки про біосигнатури. Ми можемо ідентифікувати окремі хімічні речовини, але з такої великої відстані ми не можемо точно виміряти загальний хімічний склад Енцелада. Новіші дослідження біосигнатури, включаючи цю статтю, мають на меті визначити, як біологічні процеси реорганізують хімічні елементи в помітний спосіб. Розглядаючи цілі екосистеми, як це зробив Редфілд, вчені можуть виявити нові біосигнатури, які є менш неоднозначними.

Якщо ми зможемо це зробити, ми можемо виявити, що неземні форми життя реорганізовують хімічні речовини зовсім по-іншому. Це дослідження є частиною нових зусиль з виявлення не тільки окремих хімічних біосигнатур, деякі з яких можуть бути хибнопозитивними. Метан, наприклад, може бути біосигнатурою, але також може вироблятися абіотичним шляхом. Є й інші, наприклад нещодавно виявлений фосфін на Венері.

Наступним кроком є ​​розуміння екосистем в цілому. Існує дивовижна кількість факторів, які слід враховувати. Розмір клітини, наявність поживних речовин, радіація, солоність, температура. Знову і знову. Але щоб зрозуміти загальне хімічне середовище на Енцеладі, Європі чи будь-якому іншому місці, нам потрібні більш детальні дані. На щастя, приладознавство продовжує вдосконалюватися, і майбутні місії до Європи почнуть малювати повнішу картину. На думку авторів, наступний крок вимагає більш повних даних і більш узагальненого підходу.

«Ми пропонуємо два пріоритети для подальших астробіологічних досліджень, щоб краще зрозуміти наслідки цих висновків», — пишуть вони. «По-перше, ми повторюємо попередні заклики в літературі з астробіології досліджувати більш узагальнені поняття метаболізму та фізіології».

Вони також припускають, що пошук прямих паралелей із земним життям у формі біохімії може бути не найкращою стратегією для пошуку життя на Енцеладі.

«По-друге, ми рекомендуємо розширити сферу аналогічних середовищ Землі, щоб включити ті з надзвичайними коефіцієнтами постачання ресурсів, які віддзеркалюють запропоновані для Енцелада», — пояснюють вони.

Наше розуміння життєздатності зростає поступово, як чітко показує це дослідження. Ймовірно, не буде моментів викриття, коли ми раптом це зрозуміємо. Природа створила величезну різноманітність світів, кожен зі своєю хімією. Хоча використання таких інструментів, як коефіцієнт Редфілда як лінзи, є одним зі способів поглянути на ці світи у всій їхній унікальній красі, ми не можемо отримати тунельний зір.

Хоча більшість з того, що ми можемо вигадувати про життя в інших світах, є вигадливими та малоймовірними, на Енцеладі життя могло знайти інший шлях. Можуть існувати різні способи існування життя та реорганізації хімічних середовищ.