Laboratorieexperiment på jorden kan nu simulera de förhållanden under vilka liv kan uppstå på Saturnus måne Enceladus, såväl som andra isiga främmande världar, enligt ny forskning publicerad i septembernumret 2017 av tidskriften Astrobiologi .

Eftersom det finns liv praktiskt taget varhelst det finns vatten på jorden, forskare som letar efter främmande liv fokuserar ofta på planeter i stjärnornas beboeliga zoner, som är de områden runt stjärnor där det är tillräckligt varmt för att världar ska ha vatten på sina ytor. Dock, under de senaste decennierna, forskare har i allt högre grad hittat bevis för hav – och, potentiellt, liv – gömt under de isiga skorporna på platser som Jupiters månar Europa, Ganymedes och Callisto, och Saturnus månar Enceladus och Titan.

På jorden, liv tros ofta ha sitt ursprung nära hydrotermiska ventiler, som inkluderar varma källor på land, samt sprickor nära undervattensvulkaner. Mycket forskning har föreslagit att isiga månar också kan ha aktiva hydrotermiska ventiler på deras havsbotten. Enceladus är av särskilt intresse eftersom data från NASA:s rymdfarkost Cassini tyder på att det finns aktivitet i dess hav som involverar temperaturer som överstiger 90 grader Celsius (194 grader Fahrenheit), vilket i sin tur antyder bergvärme genom hydrotermiska ventiler.

För närvarande, många grupper av forskare simulerar experimentellt prebiotisk kemi – de kemiska reaktioner som kan leda till liv – i alla möjliga möjliga miljöer, inklusive hydrotermiska ventiler, finns på den unga jorden och andra världar som Enceladus.

"Den tidiga jorden när livet började var en så annorlunda planet än jorden vi känner idag, och stenprover från den tiden är knappa eller obefintliga, " säger studiens huvudförfattare Laurie Barge, en astrobiolog vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien. "Vi kan lära oss mycket om livets sista gemensamma förfader genom att studera det moderna livet, men för att förstå hur vägen från geokemi till biokemi ursprungligen fungerade, vi har inget annat val än att simulera tidig jord i labbet."

Med tanke på att forskare experimentellt simulerar jordens prebiotiska kemi, "varför inte Enceladus eller de andra havsvärldarna?" säger pråm. "Det är bra att i laboratoriet, vi har förmågan att göra experiment som är små mikromiljöer av platser som skulle vara extremt svåra, om inte omöjligt, att besöka eller prova, som tidiga jordens hav för fyra miljarder år sedan, eller de mineraler som kan bildas på Enceladus havsbotten idag."

Kemiska reaktioner

En uppsättning aktiviteter som kan äga rum i de hydrotermiska ventilationssystemen i isiga världar, och vilka forskare simulerar, är reaktioner mellan vatten och sten. Till exempel, i serpentinisering, hydrotermiskt vatten reagerar med mineralet olivin i havsskorpan. Serpentinisering inför kemikalier i vattnet som, när de reagerar med havsvatten, kan bilda skorstensliknande strukturer som, på jorden, kan ha koncentrerat organiskt material tillsammans så att liv kunde växa fram.

För att simulera de kemiska reaktioner som kan uppstå mellan vatten och sten på världar som Europa och Enceladus, olika grupper av forskare använder så kallade "hydrotermiska reaktorer". Dessa involverar två trycksatta tankar, en som innehåller simulerad hydrotermisk vätska, det andra simulerade havsvattnet. I dessa experiment, vätskorna rinner förbi en bädd som innehåller en mängd olika mineraler, såsom syntetisk vulkanisk sten. Forskare kan sedan analysera kemikalierna i dessa vätskor för att leta efter tecken på specifika reaktioner.

För att syntetisera de typer av skorstensliknande strukturer som finns vid många hydrotermiska ventiler, forskarlag har långsamt injicerat mineralfyllda lösningar i glasburkar fyllda med en vätska som efterliknar havsvatten. Beroende på koncentrationerna av de olika kemikalierna som används för att odla dessa strukturer, skorstenarna kan antingen vara högar med enkla ihåliga centra eller "kemiska trädgårdar" med flera ihåliga rör. Enligt Barge och hennes kollegor, Tidigare experiment har funnit att mineralerna i dessa strukturer kan hjälpa till att bilda små organiska föreningar från oorganiska byggstenar.

Trycken, temperaturer och sammansättningar av vätskor och stenar i alla dessa experiment kan lätt skräddarsys för att matcha de typer av förhållanden som finns på havsbotten i Enceladus.

"Det finns fortfarande mycket osäkerhet om detaljerna i miljön där livet började, " säger Barge. "Så vi tror att den bästa strategin för att följa dessa frågor i labbet är att designa experiment som är modulära, vilket innebär att du kan byta ut olika ingredienser och delar för att testa effekterna av saker individuellt."

Allt som allt, researchers can use these experiments to explore different ideas about how the chemistry in alien oceans might work.

"It's exciting that so many different groups are working on pieces of this problem, and hopefully we will eventually be able to accurately simulate what prebiotic reactions might have taken place on early Earth or on the ocean worlds, " Barge said.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av NASAs Astrobiology Magazine. Utforska jorden och bortom på www.astrobio.net.