Datamodeller peger på en potentielt forskelligartet metabolisk menu hos Enceladus

Ved at bruge data fra NASAs Cassini-rumfartøj, forskere ved Southwest Research Institute (SwRI) modellerede kemiske processer i det underjordiske hav af Saturns måne Enceladus. Undersøgelserne indikerer muligheden for, at en varieret metabolisk menu kan understøtte et potentielt mangfoldigt mikrobielt samfund i det flydende vandhav under månens iskolde facade.

Før dets deorbit i september 2017, Cassini prøvede pløjen af ​​iskorn og vanddamp, der brød ud fra revner på den iskolde overflade af Enceladus, opdage molekylært brint, en potentiel fødekilde for mikrober. Et nyt papir offentliggjort i det planetariske videnskabelige tidsskrift Icarus udforsker andre potentielle energikilder.

"Detekteringen af ​​molekylært brint (H2) i fanen indikerede, at der er fri energi tilgængelig i havet af Enceladus, " sagde hovedforfatter Christine Ray, der arbejder deltid på SwRI, da hun forfølger en ph.d. i fysik fra University of Texas i San Antonio. "På jorden, aerobic, eller ilt-vejrtrækning, væsner forbruger energi i organisk stof som glucose og ilt for at skabe kuldioxid og vand. Anaerobe mikrober kan metabolisere brint for at skabe metan. Alt liv kan destilleres til lignende kemiske reaktioner i forbindelse med en uligevægt mellem oxidant og reduktant forbindelser."

Denne uligevægt skaber en potentiel energigradient, hvor redoxkemi overfører elektroner mellem kemiske arter, oftest med en art, der gennemgår oxidation, mens en anden art gennemgår reduktion. Disse processer er afgørende for mange grundlæggende funktioner i livet, herunder fotosyntese og respiration. For eksempel, brint er en kilde til kemisk energi understøtter anaerobe mikrober, der lever i Jordens oceaner nær hydrotermiske væld. Ved jordens havbund, hydrotermiske ventilationskanaler udsender varmt, energirig, mineralholdige væsker, der tillader unikke økosystemer, der vrimler med usædvanlige væsner, at trives. Tidligere forskning fandt voksende beviser for hydrotermiske ventilationsåbninger og kemisk uligevægt på Enceladus, som antyder beboelige forhold i dets underjordiske hav.

"Vi spekulerede på, om andre typer af metaboliske veje også kunne give energikilder i Enceladus' ocean, " sagde Ray. "Fordi det ville kræve et andet sæt oxidanter, som vi endnu ikke har opdaget i enceladus fane, vi udførte kemisk modellering for at afgøre, om forholdene i havet og den stenede kerne kunne understøtte disse kemiske processer."

For eksempel, forfatterne så på, hvordan ioniserende stråling fra rummet kunne skabe oxidanterne O2 og H2O2, og hvordan abiotisk geokemi i havet og den stenede kerne kunne bidrage til kemiske uligevægte, der kan understøtte metaboliske processer. Holdet overvejede, om disse oxidanter kunne akkumulere over tid, hvis reduktionsmidler ikke er til stede i nævneværdige mængder. De overvejede også, hvordan vandige reduktionsmidler eller havbundsmineraler kunne omdanne disse oxidanter til sulfater og jernoxider.

"Vi sammenlignede vores skøn over gratis energi med økosystemer på Jorden og fastslog, at samlet set, vores værdier for både aerobe og anaerobe metabolisme opfylder eller overstiger minimumskravene, " sagde Ray. "Disse resultater indikerer, at oxidantproduktion og oxidationskemi kan bidrage til at understøtte muligt liv og et metabolisk mangfoldigt mikrobielt samfund på Enceladus."

"Nu hvor vi har identificeret potentielle fødekilder til mikrober, det næste spørgsmål at stille er 'hvad er karakteren af ​​de komplekse organiske stoffer, der kommer ud af havet?'" sagde SwRI-programdirektør Dr. Hunter Waite, en medforfatter til det nye papir, henviser til en online Natur papir forfattet af Postberg et al. i 2018. "Dette nye papir er endnu et skridt i forståelsen af, hvordan en lille måne kan opretholde liv på måder, der fuldstændig overgår vores forventninger!"

Papirets resultater har også stor betydning for den næste generation af udforskning.

"Et fremtidigt rumfartøj kunne flyve gennem Enceladus' fane for at teste dette papirs forudsigelser om overflod af oxiderede forbindelser i havet, " sagde SwRI seniorforsker Dr. Christopher Glein, en anden medforfatter. "Vi skal være forsigtige, men jeg synes, det er spændende at overveje, om der kan være mærkelige livsformer, der udnytter disse energikilder, der ser ud til at være fundamentale for Enceladus' virke."