Океанічний супутник Сатурна, Енцелад, привертає все більшу увагу у пошуках життя в нашій Сонячній системі. Більшість того, що ми знаємо про Енцелад і його вкритий льодом океан, отримана завдяки місії Кассіні, яка завершила дослідження системи Сатурна в 2017 році, але вчені все ще працюють над його даними.
Нове дослідження, засноване на даних зонда Кассіні, підтверджує ідею про те, що на Енцеладі є хімічні речовини, необхідні для життя.
Під час своєї місії «Кассіні» виявив гейзероподібні шлейфи води, що прориваються крізь крижану оболонку Енцелада. У 2008 році космічний апарат здійснив проліт на близькій відстані та проаналізував шлейфи за допомогою свого аналізатора космічного пилу (CDA). Спостереження показали, що вода у шлейфах містила дивовижну суміш летких речовин, включаючи вуглекислий газ, водяну пару та окис вуглецю. Також були виявлені сліди молекулярного азоту, простих вуглеводнів та складних органічних хімікатів.
У новій статті авторства Даніеля Мураторе, постдокторанта Інституту Санта-Фе, під назвою «Спостереження за елементним складом Енцеладу відповідно до узагальнених моделей теоретичних екосистем» представлені деякі нові результати.
Робота зосереджена на відкритті аміаку та неорганічного фосфору в океані Енцеладу. Дослідники використовували екологічну та метаболічну теорію та моделювання, щоб зрозуміти, як ці хімічні речовини можуть зробити Енцелад придатним для життя. Найважливішим компонентом екологічної теорії є коефіцієнт Редфілда. Його назвали на честь американського океанографа Альфреда Редфілда. В 1934 Редфілд опублікував результати, що показують, що співвідношення вуглецю, азоту і фосфору (C: N: P) було напрочуд постійним в біомасі океану і становило 106:16:1. Інші дослідники виявили, що співвідношення трохи змінювалося залежно від площі та присутніх видів фітопланктону. У пізніших роботах це співвідношення було уточнено до 166:22:1.
Коефіцієнт Редфілда показує дивовижну єдність між хімією живих істот у глибинах океану та самого океану. Він припустив, що існує рівновага між водою в океані та поживними речовинами планктону, заснована на біотичній зворотній зв'язку. Він описав хімічну структуру поживних речовин та простого життя. «Яким би не було пояснення, відповідність між кількістю біологічно доступних азоту та фосфору в морі та пропорціями, в яких вони використовуються планктоном, є явищем, що представляє найбільший інтерес», — сказав Редфілд у висновку своєї статті.
Як відкриття аміаку та фосфору в океані Енцеладу пов'язане із співвідношенням Редфілда та біологічним потенціалом Енцеладу?
Коефіцієнт Редфілда широко поширений по всій екосистемі на нашій планеті. Тому розумно використовувати фундаментальні аспекти хімії життя тут, на Землі, як лінзу, через яку можна досліджувати інші світи, з потенційно можливим життям.
Аналіз даних Кассіні зі шлейфів Енцеладу показує високий рівень неорганічних фосфатів в океані. Інші геохімічні моделі, засновані на відкриттях Кассіні, показують те саме. «Ці повідомлення про фосфор слідують за результатами попередніх робіт, що ідентифікують численні елементарні складові земного життя (C, N, H, O) зі шлейфу Енцеладу», — пояснюють автори. Подальший аналіз показує, що океан містить багато хімічних речовин, звичайних для живих організмів, таких як попередники амінокислот, амоній та вуглеводні.
Таким чином, океан Енцеладу має багатий хімічний склад, і багато хімічних речовин відбивають хімічний склад життя. Зокрема, з'являється нова гіпотеза у тому, що Енцелад міг підтримувати метаногенез. Земні археї здійснюють метаногенез у широкому діапазоні різних умов навколишнього середовища на Землі і роблять це вже понад три мільярди років, доводячи свою виживання. Біохімічне моделювання припускає, що метаногени Землі сумісні з океаном Енцеладу.
Дослідники розробили нову, більш докладну модель метаногенів на Енцеладі, щоб побачити, чи зможуть вони там вижити та процвітати. Їхня модель багато в чому спиралася на коефіцієнт Редфілда. Вони виявили, що, хоча фосфор є у великих кількостях у місячному океані, загальне співвідношення «може обмежуватися клітинами земного типу».
«Високі запаси цих поживних речовин можуть відповідати неповному виснаженню через невелику або метаболічно повільну біосферу, біосферу з нещодавнім зародженням життя» або інші причини, які можуть викликати дисбаланс.
То що це означає для перспектив існування життя на Енцеладі?
Ми знаходимося лише на початку шляху розвитку науки про біосигнатури. Ми можемо ідентифікувати окремі хімічні речовини, але з такої відстані ми не можемо точно виміряти загальний хімічний склад Енцеладу. Нові дослідження біосигнатури, включно з цією статтею, спрямовані на те, щоб визначити, як біологічні процеси реорганізують хімічні елементи. Розглядаючи цілі екосистеми, як це зробив Редфілд, вчені можуть виявити нові біосигнатури, які будуть менш двозначними.
Якщо ми зможемо це зробити, зможемо виявити, що неземні форми життя реорганізують хімічні речовини зовсім по-іншому. Це дослідження є частиною нових зусиль щодо виявлення не тільки окремих хімічних біосигнатур, деякі з яких можуть бути хибнопозитивними. Метан, наприклад, може бути біосигнатурою, але також може здійснюватися абіотичним шляхом. Є й інші, наприклад, нещодавно знайдений на Венері фосфін.
Розуміння екосистем загалом є наступним кроком. Необхідно враховувати величезну кількість факторів. Розмір клітин, доступність поживних речовин, радіація, солоність, температура тощо. Але щоб зрозуміти загальне хімічне середовище на Енцеладі, Європі чи деінде, потрібні докладніші дані.
На щастя, приладобудування продовжує вдосконалюватися, і майбутні місії на Європу почнуть малювати більше повну картину. На думку авторів, наступний крок вимагає більш повних даних та 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 астробіологічній літературі досліджувати загальніші поняття метаболізму та фізіології». Вони також припускають, що пошук прямих паралелей із земним життям у формі біохімії може бути не найкращою стратегією пошуку життя на Енцеладі.
«По-друге, ми рекомендуємо розширити сферу аналогових земних середовищ, включивши до них ті, у яких екстремальні співвідношення ресурсів, що відображають запропоновані для Енцеладу», — пояснюють вони. Наше розуміння проживання поступово зростає, як ясно показує це дослідження.
Природа створила величезну різноманітність світів, кожен зі своєю хімією. Хоча більша частина того, що наша уява уявляє собі життя в інших світах, є химерною і малоймовірною, життя на Енцеладі могло б піти іншим шляхом. Можуть бути різні способи існування та реорганізації хімічного середовища.
