Jupiters iskalla måne Europa är ett stort mål för astrobiologisk forskning eftersom den erbjuder en möjlig beboelig miljö. Under dess 10 km tjocka isiga skorpa finns ett hav av flytande vatten på över 100 km djup. Energi som härrör från månens gravitationsinteraktion med Jupiter håller detta hav varmt.

Teoretisk forskning för att utvärdera den mikrobiella beboeligheten i Europa med hjälp av data som samlats in från analoga miljöer på jorden har utförts av en grupp brasilianska forskare kopplade till University of São Paulo (USP). De har publicerat sin rapport i Vetenskapliga rapporter .

"Vi studerade de möjliga effekterna av en biologiskt användbar energikälla på Europa baserat på information erhållen från en analog miljö på jorden, sa Douglas Galante, en forskare vid Brasiliens National Synchrotron Light Laboratory (LNLS) och Astrobiology Research Center (NAP-Astrobio) vid University of São Paulos Institute of Astronomy, Geofysik &Atmosfärsvetenskaper (IAG-USP).

Galante koordinerar studien, som syftar till att undersöka platser i Brasilien och Afrika med möjliga spår av geokemiska och isotopiska omvandlingar relaterade till uppkomsten av multicellulärt liv i Neoproterozoic Age.

I Mponeng-guldgruvan nära Johannesburg, Sydafrika, på ett djup av 2,8 km, forskarna hittade spår av stora förändringar kopplade till livets historia på jorden, och ett jordiskt sammanhang analogt med Europa. De upptäckte att bakterien Candidatus desulforudis audaxviator överlever inne i gruvan utan solljus genom vattenradiolys, dissocieringen av vattenmolekyler genom joniserande strålning.

"Den här mycket djupa underjordiska gruvan har vatten som läcker genom sprickor som innehåller radioaktivt uran, ", sa Galante. "Uran bryter ner vattenmolekylerna för att producera fria radikaler (H+, ÅH-, och andra), som angriper de omgivande stenarna, särskilt pyrit (järndisulfid, FeS2), producerar sulfat. Bakterierna använder sulfatet för att syntetisera ATP [adenosintrifosfat], nukleotiden som ansvarar för energilagring i celler. Det här är första gången ett ekosystem har visat sig överleva direkt på basis av kärnenergi."

Enligt Galante och kollegor, miljön koloniserad av bakterier i Mponenggruvan är en utmärkt analog till den miljö som antas existera på botten av Europas hav.

Även om temperaturen i Europas yta är nära absolut noll, det finns en enorm mängd termisk energi i dess kärna, som en effekt av Europas interaktion med Jupiters kraftfulla gravitation, vilket gör att satellitens bana är extremt elliptisk. Således, Europa kretsar antingen extremt nära eller ganska långt från gasjätten. Månen upplever geometrisk deformation som ett resultat av Jupiters enorma tidvattenkraft. Energin som frigörs av de alternerande tillstånden av förlängning och avslappning gör att Europas underyta kan ta emot ett hav av flytande vatten.

"Dock, det räcker inte med att det finns uppvärmt flytande vatten, " sa Galante. Enligt forskaren, biologisk aktivitet är baserad på skillnader i koncentrationer av molekyler, joner eller elektroner i distinkta områden som producerar ett flöde i en viss riktning, tillåter förekomsten av cellandning, fotosyntes, ATP-produktion och andra processer som är gemensamma för levande varelser.

"Hydrotermiska emanationer - av molekylärt väte [H2], vätesulfid [H2S], svavelsyra [H2SO4], metan [CH4] och så vidare - är viktiga källor till kemisk obalans och potentiella faktorer för biologisk transduktion, dvs. omvandling av obalansen till biologiskt användbar energi, ", sa Galante. "Dessa hydrotermiska källor är det mest troliga scenariot för livets ursprung på jorden."

Undersöker förhållanden i Europa för ATP-produktion

Gruppen utvärderade hur kemiska obalanser i Europa kunde initieras genom emanation av vatten som ledde till kedjereaktioner mellan vatten och kemiska element som finns i Europas skorpa – dock, det finns en total brist på stödjande empirisk data. "Det är därför vi letade efter en mer universell fysisk effekt som med stor sannolikhet skulle inträffa. Den effekten var verkan av radioaktivitet, sa Galante.

Himlakroppar i solsystemet med steniga kärnor delar samma radioaktiva material, skjuts ut i rymden av supernovaexplosioner som skapade solen och planeterna. Forskarna övervägde koncentrationerna av uran, torium och kalium på Europa baserat på de mängder som redan observerats och uppmätts på jorden, i meteoriter och på Mars.

"Från dessa belopp, vi kunde uppskatta energin som frigjordes, hur denna energi interagerar med det omgivande vattnet, och effektiviteten av den vattenradiolys som härrör från denna interaktion för att generera fria radikaler, sa Galante.

Enligt studien, tillsammans med radionuklider, pyrite is a crucial ingredient whose presence is indispensable for life in Europa. "One of the proposals deriving from our study is that traces of pyrite should be looked for as part of any assessment of the habitability of a celestial body, " said Galante. Chances for finding pyrite in a hypothetical mission to Europa are good, since sulfur (S) and iron (Fe) are elements found in abundance across the solar system.

"The ocean bed on Europa appears to offer very similar conditions to those that existed on primitive Earth during its first billion years. So studying Europa today is to some extent like looking back at our own planet in the past. In addition to the intrinsic interest of Europa's habitability and the existence of biological activity there, the study is also a gateway to understanding the origin and evolution of life in the universe."