In der Nähe der Oberflächen von Enceladus und Europa können Lebenszeichen vorhanden sein

Dieses künstlerische Bild zeigt den Cassini-Rover der NASA, der durch eine Wasserwolke fliegt, die angeblich von der Oberfläche des Saturnmondes Enceladus austritt. Bildnachweis: NASA

NASA Das haben Forscher herausgefunden Aminosäurendie potenzielle Indikatoren für Leben sind, können in der Nähe der Oberfläche überleben Europa und Enceladus, Monde der Jupiter Und Saturn jeweils.

Experimente deuten darauf hin, dass diese organischen Moleküle der Strahlung direkt unter dem Eis standhalten können, sodass sie für zukünftige Roboterfahrzeuge zugänglich sind, ohne dass tiefes Graben erforderlich ist.

Erforschung des Potenzials für Leben auf eisigen Monden

Europa, ein Jupitermond, und Enceladus, ein Saturnmond, weisen unter ihren eisigen Krusten Hinweise auf Ozeane auf. Ein NASA-Experiment legt nahe, dass, wenn diese Ozeane Leben beherbergen, Anzeichen dieses Lebens in Form von organischen Molekülen (wie Aminosäuren, Nukleinsäuren usw.) trotz der intensiven Strahlung auf diesen Welten direkt unter der Eisoberfläche überleben könnten. Wenn Roboterlandegeräte zu diesen Monden geschickt würden, um nach Lebenszeichen zu suchen, wäre es nicht nötig, so tief zu graben, um Aminosäuren zu finden, die einer Veränderung oder Zerstörung durch Strahlung entgangen sind.

„Basierend auf unseren Experimenten beträgt die ‚sichere‘ Probenahmetiefe für Aminosäuren auf Europa etwa 8 Zoll (etwa 20 Zentimeter) in hohen Breiten der späten Hemisphäre (der Hemisphäre entgegen der Bewegungsrichtung Europas um Jupiter) in der Region, in der die Die Oberfläche wurde aufgrund von Meteoriteneinschlägen kaum gestört“, sagte Alexander Pavlov vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, Hauptautor eines Artikels über die Forschung, der am 18. Juli in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Astrobiologie„Der Nachweis von Aminosäuren auf Enceladus erfordert keine Probenahme unter der Oberfläche; diese Moleküle überleben den radioaktiven Zerfall überall auf der Oberfläche von Enceladus, weniger als einen Zehntel Zoll (weniger als ein paar Millimeter) von der Oberfläche entfernt.“

Riesige und kleine Rauchwolken aus Wassereis und Dampf sind an vielen Orten entlang der berühmten „Tigerstreifen“ in der Nähe des Südpols des Saturnmondes Enceladus verstreut. Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute

Die eisigen Oberflächen dieser nahezu luftleeren Monde sind wahrscheinlich aufgrund der Strahlung von Hochgeschwindigkeitsteilchen, die in den Magnetfeldern des Wirtsplaneten gefangen sind, und starker Ereignisse im Weltraum wie Sternexplosionen unbewohnbar. Allerdings haben beide Planeten Ozeane unter ihren eisigen Oberflächen, die durch die Gravitationsgezeiten des Mutterplaneten und benachbarter Monde erhitzt werden. Diese unterirdischen Ozeane könnten Leben beherbergen, wenn sie andere Notwendigkeiten hätten, etwa eine Energieversorgung sowie die in biologischen Molekülen verwendeten Elemente und Verbindungen.

Experimenteller Ansatz und Ergebnisse

Das Forschungsteam nutzte Aminosäuren in Radiolyseexperimenten als potenzielle Vertreter von Biomolekülen auf den Eismonden. Aminosäuren können durch das Leben oder durch nichtbiologische Chemie erzeugt werden. Das Auffinden bestimmter Arten von Aminosäuren auf Europa oder Enceladus wäre jedoch ein potenzielles Lebenszeichen, da sie vom Leben auf der Erde als Baustein für den Aufbau von Proteinen verwendet werden. Proteine ​​sind lebenswichtig, da sie zur Herstellung von Enzymen verwendet werden, die chemische Reaktionen beschleunigen oder regulieren und Strukturen bilden. Aminosäuren und andere Verbindungen aus unterirdischen Ozeanen können durch die Aktivität von Geysiren oder die langsame Bewegung der Eiskruste an die Oberfläche gebracht werden.

Dieses Bild von Jupiters Eismond Europa wurde von JunoCam, der öffentlichen Kommunikationskamera an Bord der NASA-Raumsonde Juno, während des Vorbeiflugs der Mission am Planeten am 29. September 2022 aufgenommen. Das Bild ist eine Zusammenstellung des zweiten, dritten und vierten von JunoCam aufgenommenen Bildes JunoCam während des Vorbeiflugs am Planeten, gesehen aus der Perspektive des vierten Bildes. Norden liegt auf der linken Seite. Die Bilder haben eine Auflösung von knapp über 0,5 bis 2,5 Meilen pro Pixel (1 bis 4 Kilometer pro Pixel). Wie bei unserem Mond und unserer Erde ist eine Seite Europas immer dem Jupiter zugewandt, und das ist die Seite Europas, die hier sichtbar ist. Die Oberfläche Europas ist von Brüchen, Graten und Bändern durchzogen, die mehr als 90 Millionen Jahre altes Gelände ausgelöscht haben. Bürgerwissenschaftler Kevin M. Bilderzeugung und -verarbeitung zur Verbesserung von Farbe und Kontrast. Urheberrecht: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS, Kevin M. Generation CC BY 3.0

Um das Überleben von Aminosäuren auf diesen Welten zu beurteilen, vermischte das Team Aminosäureproben mit auf etwa -321 Grad Celsius gekühltem Eis. F (-196 Celsius) wurden in luftdichte, luftlose Fläschchen gegeben und mit Gammastrahlen, einer Art hochenergetischem Licht, in unterschiedlichen Dosen bombardiert. Da Ozeane möglicherweise mikroskopisch kleines Leben beherbergen, testeten sie auch das Überleben von Aminosäuren in toten Bakterien im Eis. Schließlich testeten sie Proben von Aminosäuren in mit Silikatstaub vermischtem Eis, um eine mögliche Vermischung von Material aus Meteoriten oder Innenräumen mit Oberflächeneis zu untersuchen.

Implikationen für zukünftige Weltraummissionen

Experimente haben entscheidende Daten zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Aminosäureabbaus, sogenannte radioaktive Zerfallskonstanten, geliefert. Mithilfe dieser Konstanten nutzte das Team das Alter der Eisoberfläche und die Strahlungsumgebung von Europa und Enceladus, um die Tiefen der Krater und die Orte zu berechnen, an denen 10 % der Aminosäuren die radioaktive Zerstörung überleben könnten.

Obwohl frühere Experimente durchgeführt wurden, um das Überleben von Aminosäuren im Eis zu testen, ist dies das erste, bei dem niedrigere Strahlungsdosen verwendet werden, die Aminosäuren nicht vollständig zersetzen, da ihre bloße Veränderung oder Zersetzung ausreicht, um festzustellen, ob sie mögliche Anzeichen dafür sind Leben unmöglich. Dies ist auch das erste Experiment, bei dem Europa/Enceladus-Bedingungen verwendet wurden, um das Überleben dieser Verbindungen in Mikroorganismen zu bewerten, und das erste, bei dem das Überleben von mit Staub vermischten Aminosäuren getestet wurde.

Das Team fand heraus, dass sich Aminosäuren schneller zersetzen, wenn sie mit Staub vermischt werden, aber langsamer, wenn sie von Mikroorganismen stammen.

Dieses Bild zeigt experimentelle Proben, die in ein speziell entwickeltes Dewar-Gefäß geladen werden, das bald mit flüssigem Stickstoff gefüllt und Gammastrahlung ausgesetzt wird. Beachten Sie, dass die feuerversiegelten Reagenzgläser in Käsetuch eingewickelt sind, um sie zusammenzuhalten, da die Reagenzgläser in flüssigem Stickstoff schwimmen und im Dewar-Gefäß zu schwimmen beginnen, was eine ordnungsgemäße Strahlenbelastung beeinträchtigt. Urheberrecht: Candice Davison

„Langsame Aminosäurefreisetzungsraten“ sauer „Die Zerstörung biologischer Proben unter ähnlichen Oberflächenbedingungen wie auf Europa und Enceladus unterstreicht die Bedeutung künftiger Messungen zur Lebenserkennung durch Landemissionen auf Europa und Enceladus“, sagte Pavlov. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Zersetzungsraten potenzieller organischer Biomoleküle in siliziumreichen Regionen sowohl auf Europa als auch auf Enceladus höher sind als in reinem Eis. Daher sollten potenzielle zukünftige Missionen nach Europa und Enceladus bei der Probenahme von siliziumreichen Standorten vorsichtig sein.“ auf beiden Monden.“

Eine mögliche Erklärung dafür, warum Aminosäuren in Bakterien länger bestehen bleiben, sind Methoden Ionenstrahlung Verändern Sie Moleküle – direkt durch Aufbrechen chemischer Bindungen oder indirekt durch die Bildung reaktiver Verbindungen in der Nähe, die wiederum das gewünschte Molekül verändern oder auflösen. Das bakterielle Zellmaterial schützte wahrscheinlich die Aminosäuren vor den durch die Strahlung erzeugten reaktiven Verbindungen.

Referenz: „Variable und signifikante Verluste diagnostischer Biomarker nach simulierter kosmischer Strahlungsexposition in ton- und karbonatreichen Böden.“ Mars „Analog Samples“ von Anaïs Roussel, Amy C. McAdam und Alex A. Pawlow und Christine A. Knudson und Sherry N. Achilles und Dennis I. Vostokos und Jason B. Durkin und S. Andrejkovicova und Dina M. Power, Sarah Stewart Johnson, 18. Juli 2024, Astrobiologie.
DOI: 10.1089/ast.2023.0123

Die Forschung wurde von der NASA unter der Fördernummer 80GSFC21M0002, dem NASA Planetary Science Division Intramural Scientist Funding Program durch das Goddard Core Laboratory Research Work Package und der NASA Astrobiology unterstützt n falten Auszeichnung 80NSSC18K1140.