Med hjälp av data från NASA:s rymdfarkost Cassini, forskare vid Southwest Research Institute (SwRI) modellerade kemiska processer i det underjordiska havet av Saturnus måne Enceladus. Studierna indikerar möjligheten att en varierad metabolisk meny skulle kunna stödja ett potentiellt mångsidigt mikrobiellt samhälle i det flytande vattenhavet under månens isiga fasad.

Före dess avgång i september 2017, Cassini provade plymen av iskorn och vattenånga som utbröt från sprickor på den isiga ytan av Enceladus, upptäcka molekylärt väte, en potentiell matkälla för mikrober. En ny artikel publicerad i den planetariska vetenskapstidskriften Icarus utforskar andra potentiella energikällor.

"Detekteringen av molekylärt väte (H2) i plymen indikerade att det finns fri energi tillgänglig i havet av Enceladus, " sa huvudförfattaren Christine Ray, som arbetar deltid på SwRI när hon tar en doktorsexamen. i fysik från University of Texas i San Antonio. "På jorden, aerob, eller syreandning, varelser förbrukar energi i organiskt material som glukos och syre för att skapa koldioxid och vatten. Anaeroba mikrober kan metabolisera väte för att skapa metan. Allt liv kan destilleras till liknande kemiska reaktioner förknippade med en ojämvikt mellan oxidant- och reduktantföreningar."

Denna ojämvikt skapar en potentiell energigradient, där redoxkemi överför elektroner mellan kemiska arter, oftast med en art som genomgår oxidation medan en annan art genomgår reduktion. Dessa processer är avgörande för många grundläggande funktioner i livet, inklusive fotosyntes och andning. Till exempel, väte är en källa till kemisk energi som stöder anaeroba mikrober som lever i jordens hav nära hydrotermiska ventiler. På jordens havsbotten, hydrotermiska ventiler avger varma, energirik, mineralbelastade vätskor som tillåter unika ekosystem som kryllar av ovanliga varelser att frodas. Tidigare forskning fann växande bevis på hydrotermiska ventiler och kemisk ojämvikt på Enceladus, som antyder beboeliga förhållanden i dess underjordiska hav.

"Vi undrade om andra typer av metaboliska vägar också kunde tillhandahålla energikällor i Enceladus hav, ", sa Ray. "Eftersom det skulle kräva en annan uppsättning oxidanter som vi ännu inte har upptäckt i Enceladus plym, vi utförde kemisk modellering för att avgöra om förhållandena i havet och den steniga kärnan kunde stödja dessa kemiska processer."

Till exempel, författarna tittade på hur joniserande strålning från rymden kunde skapa oxidanterna O2 och H2O2, och hur abiotisk geokemi i havet och den steniga kärnan kan bidra till kemiska obalanser som kan stödja metaboliska processer. Teamet övervägde om dessa oxidanter skulle kunna ackumuleras med tiden om reduktionsmedel inte är närvarande i avsevärda mängder. De övervägde också hur vattenhaltiga reduktionsmedel eller havsbottenmineraler kunde omvandla dessa oxidanter till sulfater och järnoxider.

"Vi jämförde våra uppskattningar av gratis energi med ekosystem på jorden och fastställde att övergripande, våra värden för både aeroba och anaeroba metabolismer uppfyller eller överträffar minimikraven, "Sa Ray. "Dessa resultat indikerar att oxidantproduktion och oxidationskemi kan bidra till att stödja möjligt liv och en metaboliskt mångfaldig mikrobiell gemenskap på Enceladus."

"Nu när vi har identifierat potentiella matkällor för mikrober, Nästa fråga att ställa är "vilken natur har de komplexa organiska ämnen som kommer ut ur havet?", sa SwRI Program Director Dr. Hunter Waite, en medförfattare till den nya tidningen, hänvisar till en online Natur uppsats författad av Postberg et al. 2018. "Detta nya dokument är ytterligare ett steg i att förstå hur en liten måne kan upprätthålla liv på sätt som helt överträffar våra förväntningar!"

Uppsatsens resultat har också stor betydelse för nästa generations prospektering.

"En framtida rymdfarkost kan flyga genom Enceladus plym för att testa denna tidnings förutsägelser om överflöd av oxiderade föreningar i havet, " sa SwRI seniorforskare Dr Christopher Glein, en annan medförfattare. "Vi måste vara försiktiga, men jag tycker att det är spännande att fundera på om det kan finnas konstiga livsformer som drar fördel av dessa energikällor som verkar vara grundläggande för Enceladus verksamhet."