Открытие биомаркеров в космосе: условия на спутнике Сатурна Энцеладе смоделированы в лаборатории

9 октября 2008 года, сразу после того, как он приблизился к поверхности Энцелада на расстояние 25 километров (15,6 миль), «Кассини» НАСА заснял эту потрясающую мозаику, когда космический корабль уносился прочь от геологически активного спутника Сатурна. Автор: NASA

В 2018 году в частицах льда на спутнике Сатурна Энцеладе были обнаружены очень крупные органические молекулы. До сих пор неясно, указывают ли они на существование жизни или были созданы каким-то другим способом. Недавнее исследование могло бы помочь ответить на этот вопрос. Вполне возможно, что условия, поддерживающие жизнь во внеземных океанах, могут оставлять молекулярные следы в зернах льда.

Исследование по этому вопросу проводилось в Берлинском университете, а ведущий ученый, доктор Нозаир Хаваджа, недавно переехал в Штутгартский университет. Работа опубликована в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences.

Колыбель жизни на Земле, вероятно, находилась в жерле с горячей водой на дне океана. «В исследованиях мы также говорим о гидротермальном поле», — объясняет доктор Нозаир Хаваджа из Института космических систем (IRS) Штутгартского университета. «Имеются убедительные доказательства того, что в таких областях преобладают условия, важные для возникновения или поддержания простых форм жизни».

Не исключено, что такие жерла существуют и на небесном теле, расположенном не так уж далеко от нашей родной планеты по космическим меркам: спутнике Сатурна Энцеладе. Диаметр этой луны составляет около 500 километров, а ее поверхность покрыта ледяной оболочкой толщиной 30 километров.

В 2005 году учёные обнаружили огромное облако частиц льда над Южным полюсом. Три года спустя космический зонд НАСА «Кассини» пролетел через это облако. Измерительные приборы зонда показали нечто удивительное: состав частиц убедительно свидетельствует о наличии жидкого водного океана под ледяной корой Энцелада.

Океан Энцелада содержит органические молекулы

Хаваджа работал вместе с планетологом профессором Фрэнком Постбергом из Свободного университета (FU) в Берлине над детальным анализом данных миссии Кассини. Они объясняют: «В 2018 и 2019 годах мы столкнулись с различными органическими молекулами, в том числе с некоторыми, которые обычно являются строительными блоками биологических соединений».

Данные были записаны с помощью измерительного прибора низкого разрешения от Кассини. Тем не менее, это может указывать на то, что океан на спутнике Сатурна Энцеладе полон органических молекул. «А это означает, что возможно, что там происходят химические реакции, которые в конечном итоге могут привести к жизни».

Исследователи также подозревают, что на дне океана Энцелада расположены гидротермальные поля. Ранее было неясно, образовались ли обнаруженные органические молекулы в этих полях. Хаваджа вместе со своими коллегами Люсией Хортал и Томасом Салливаном искали способ ответить на этот вопрос.

Показано обнаружение гидротермально измененных биосигнатур на Энцеладе. Автор: Southwest Research Institute NASA, JPL

«С этой целью мы смоделировали параметры возможного гидротермального поля на Энцеладе в лаборатории Берлинского университета», — говорит Хаваджа, который недавно перешёл из Берлинского университета в Штутгартский университет. «Затем мы исследовали, какое влияние эти условия оказывают на простую цепь аминокислот». Аминокислоты являются основными строительными блоками белков и основой всей жизни, какой мы ее знаем.

В испытательном аппарате преобладали температуры от 80 до 150 градусов Цельсия и давление от 80 до 100 бар — примерно в сто раз выше, чем на поверхности Земли. В этих экстремальных условиях аминокислотные цепи со временем менялись характерным образом.

Но возможно ли вообще обнаружить эти изменения с помощью измерительных приборов на космических зондах? Другими словами, оставляют ли они после себя безошибочный маркер, который мы сможем найти в данных Кассини (или будущих космических миссий)?

Гидротермальные поля оставляют отчетливые следы в данных измерений.

Измерительный прибор на борту космического зонда «Кассини», анализатор космической пыли, анализирует пыль и частицы льда Энцелада в космосе, которые перемещаются со скоростью до 20 километров в секунду. Столкновения между этими частицами на высокой скорости приводят к испарению материала и разрушению молекул в нем. Фрагменты теряют электроны и затем заряжаются положительно. Их можно притянуть к отрицательно заряженному электроду, и чем они легче, тем быстрее достигают его.

Измерив время прохождения всех фрагментов, можно получить так называемый «масс-спектр». Затем это можно использовать для того, чтобы сделать выводы об исходной молекуле.

Однако применить этот метод измерения в лабораторных условиях сложно. «Вместо этого мы впервые применили альтернативный метод измерения под названием LILBID для частиц льда, содержащих гидротермально измененный материал», — объясняет Хаваджа.

«Это дает очень похожие масс-спектры на прибор Кассини. Мы использовали его для измерения аминокислотной цепи до и после эксперимента. В процессе мы столкнулись с характерными сигналами, которые были вызваны реакциями в нашем смоделированном гидротермальном поле». Теперь исследователи повторят этот эксперимент с другими органическими молекулами в расширенных геофизических условиях океана Энцелада.

Их результаты позволяют искать такие маркеры в данных Кассини (или данных будущих миссий). Если оно будет найдено, это станет еще одним свидетельством существования гидротермального поля на Энцеладе. Это также увеличивает вероятность того, что жизнь сможет развиться и выжить на Энцеладе.

Больше информации: Nozair Khawaja et al, Laboratory characterization of hydrothermally processed oligopeptides in ice grains emitted by Enceladus and Europa, Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences (2024). DOI: 10.1098/rsta.2023.0201

Источник: University of Stuttgart