Europa, jeden z księżyców Jowisza, i Enceladus, księżyc Saturna, mają dowody na istnienie oceanów pod ich lodowymi powierzchniami. Eksperyment NASA sugeruje, że jeśli te oceany wspierają życie, ślady tego życia w postaci cząsteczek organicznych (np. aminokwasów, kwasów nukleinowych itp.) mogą przetrwać tuż pod lodową powierzchnią pomimo surowego promieniowania na tych światach. Jeśli na te księżyce zostaną wysłane lądowniki robotyczne, aby szukać oznak życia, nie będą musiały kopać głęboko, aby znaleźć aminokwasy, które przetrwały zmiany lub zniszczenie spowodowane promieniowaniem.

„Na podstawie naszych eksperymentów, 'bezpieczna' głębokość pobierania próbek aminokwasów na Europie wynosi prawie 20 centymetrów na wysokich szerokościach geograficznych tylnej półkuli (półkuli przeciwnej do kierunku ruchu Europy wokół Jowisza) w obszarach, gdzie powierzchnia nie jest znacznie zakłócona przez uderzenia meteorytów,“ powiedział Alexander Pavlov z Goddard Space Flight Center NASA w Greenbelt, Maryland, główny autor badania opublikowanego 18 lipca w czasopiśmie Astrobiology. „Pobieranie próbek spod powierzchni nie jest konieczne do wykrycia aminokwasów na Enceladusie - te cząsteczki przetrwają radiolizę (rozpad pod wpływem promieniowania) wszędzie na powierzchni Enceladusa mniej niż kilka milimetrów od powierzchni.“

Zimne powierzchnie tych prawie bezpowietrznych księżyców są prawdopodobnie niezamieszkałe z powodu promieniowania od wysokoenergetycznych cząsteczek uwięzionych w polach magnetycznych ich macierzystych planet i potężnych zdarzeń w głębokim kosmosie, takich jak eksplozje gwiazd. Jednak oba księżyce mają oceany pod ich lodowymi powierzchniami ogrzewane przez siły pływowe przyciągania grawitacyjnego macierzystej planety i sąsiednich księżyców. Te podziemne oceany mogłyby wspierać życie, jeśli zawierają inne niezbędne warunki, takie jak źródła energii oraz elementy i związki używane w cząsteczkach biologicznych.

Zespół badawczy użył aminokwasów w eksperymentach radiolizy jako potencjalnych przedstawicieli biomolekuł na lodowych księżycach. Aminokwasy mogą być tworzone przez życie lub chemię niebiologiczną. Jednak znalezienie pewnych rodzajów aminokwasów na Europie lub Enceladusie byłoby potencjalnym znakiem życia, ponieważ ziemskie życie używa ich jako składników do budowy białek. Białka są niezbędne do życia, ponieważ są używane do tworzenia enzymów, które przyspieszają lub regulują reakcje chemiczne oraz do tworzenia struktur. Aminokwasy i inne związki z podziemnych oceanów mogą być przenoszone na powierzchnię przez aktywność gejzerów lub powolne mieszanie się lodu.

Aby ocenić przeżywalność aminokwasów na tych światach, zespół mieszał próbki aminokwasów z lodem schłodzonym do około -196 stopni Celsjusza w zamkniętych, bezpowietrznych fiolkach i bombardował je promieniami gamma, rodzajem wysokoenergetycznego światła, przy różnych dawkach. Ponieważ oceany mogą zawierać mikroskopijne życie, testowali również przeżywalność aminokwasów w martwych bakteriach w lodzie. Wreszcie testowali próbki aminokwasów w lodzie zmieszanym z pyłem krzemianowym, aby uwzględnić potencjalne mieszanie się materiałów z meteorytów lub wnętrza z lodem powierzchniowym.

Eksperymenty dostarczyły kluczowych danych do określenia szybkości rozkładu aminokwasów, zwanych stałymi radiolizy. Korzystając z tych danych, zespół wykorzystał wiek lodowej powierzchni i środowisko promieniowania na Europie i Enceladusie, aby obliczyć głębokość wiercenia i lokalizacje, gdzie 10 procent aminokwasów przetrwałoby radiolityczne zniszczenie.

Chociaż eksperymenty testujące przeżywalność aminokwasów w lodzie były już przeprowadzane, to po raz pierwszy zastosowano niższe dawki promieniowania, które nie rozkładają całkowicie aminokwasów, ponieważ samo zmienianie lub degradacja wystarczą, aby uniemożliwić określenie, czy są one potencjalnymi oznakami życia. To również pierwszy eksperyment wykorzystujący warunki Europy/Enceladusa do oceny przeżywalności tych związków w mikroorganizmach i pierwszy testujący przeżywalność aminokwasów zmieszanych z pyłem.

Zespół odkrył, że aminokwasy rozkładają się szybciej, gdy są zmieszane z pyłem, ale wolniej, gdy pochodzą z mikroorganizmów.

„Powolne tempo rozkładu aminokwasów w próbkach biologicznych w warunkach powierzchniowych Europy i Enceladusa zwiększa szanse na przyszłe pomiary wykrywania życia przez misje lądowników na Europie i Enceladusie,“ powiedział Pavlov. „Nasze wyniki pokazują, że tempo rozkładu potencjalnych organicznych biomolekuł w regionach bogatych w krzemiany na Europie i Enceladusie jest wyższe niż w czystym lodzie, więc potencjalne przyszłe misje na Europę i Enceladus powinny być ostrożne przy pobieraniu próbek z miejsc bogatych w krzemiany na obu lodowych księżycach.“

Możliwe wyjaśnienie, dlaczego aminokwasy przetrwały dłużej w bakteriach, obejmuje sposoby, w jakie promieniowanie jonizujące zmienia cząsteczki -- bezpośrednie łamanie ich wiązań chemicznych lub pośrednie tworzenie reaktywnych związków w pobliżu, które następnie zmieniają lub rozkładają cząsteczkę będącą przedmiotem zainteresowania. Możliwe, że materiał komórkowy bakterii chronił aminokwasy przed reaktywnymi związkami wytworzonymi przez promieniowanie.

Dalsze badania w tej dziedzinie mogą pomóc lepiej zrozumieć, jak te procesy są związane z potencjalnymi oznakami życia na Europie i Enceladusie. Obejmuje to przyszłe eksperymenty, które będą symulować jeszcze bardziej precyzyjne warunki na powierzchni i pod powierzchnią tych księżyców. Ponadto badania zostaną rozszerzone na analizę innych cząsteczek organicznych, które mogą być kluczowe dla identyfikacji śladów życia.

Badania były wspierane przez NASA w ramach nagrody numer 80GSFC21M0002, programu NASA Planetary Science Division Internal Scientist Funding poprzez pakiet pracy Fundamental Laboratory Research w Goddard oraz nagrody NASA Astrobiology NfoLD 80NSSC18K1140.

Źródło: National Aeronautics and Space Administration