Under 2018 upptäcktes mycket stora organiska molekyler i ispartiklar på Saturnus måne Enceladus. Det är fortfarande oklart om de tyder på existensen av liv eller skapades på annat sätt. En nyligen genomförd studie kan hjälpa till att besvara denna fråga. Det är möjligt att förhållanden som stöder eller upprätthåller liv i utomjordiska hav kan lämna molekylära spår i iskorn.
Forskningen om detta utfördes vid FU Berlin, och den ledande forskaren, Dr. Nozair Khawaja, har nyligen flyttat till universitetet i Stuttgart. Verket är publicerat i tidskriften Philosophical Transactions of the Royal Society A:Mathematical, Physical and Engineering Sciences .
Livets vagga på jorden var förmodligen belägen i en varmvattenöppning på havets botten. "I forskning talar vi också om ett hydrotermiskt fält", förklarar Dr. Nozair Khawaja från Institute of Space Systems (IRS) vid universitetet i Stuttgart. "Det finns övertygande bevis för att förhållanden råder inom sådana områden som är viktiga för uppkomsten eller upprätthållandet av enkla livsformer."
Det är möjligt att sådana öppningar också finns på en himlakropp som ligger inte så långt bort från vår hemplanet med kosmiska mått mätt:Saturnus måne Enceladus. Denna måne mäter cirka 500 kilometer i diameter och dess yta är täckt av ett 30 kilometer tjockt skal av is.
År 2005 upptäckte forskare ett enormt moln av ispartiklar ovanför dess sydpol. Tre år senare flög NASA:s rymdsond Cassini genom detta moln. Sondens mätinstrument avslöjade något häpnadsväckande:Sammansättningen av partiklarna tyder starkt på närvaron av ett flytande vattenhav under Enceladus isiga skorpa.
Khawaja arbetade tillsammans med planetologen professor Frank Postberg från Freie Universität (FU) Berlin för att analysera data från Cassini-uppdraget i detalj. De förklarar:"Under 2018 och 2019 mötte vi olika organiska molekyler, inklusive några som vanligtvis är byggstenar av biologiska föreningar."
Data registrerades med ett lågupplöst mätinstrument från Cassini. Ändå kan detta tyda på att havet på Saturnus måne Enceladus är fullt av organiska molekyler. "Och det betyder att det är möjligt att kemiska reaktioner äger rum där som så småningom kan leda till liv."
Forskare misstänker också att det finns hydrotermiska fält på botten av Enceladus hav. Det var tidigare oklart om de organiska molekyler som upptäckts bildades i dessa fält. Khawaja har tillsammans med sina kollegor Lucia Hortal och Thomas Sullivan letat efter ett sätt att svara på denna fråga.
"För detta ändamål simulerade vi parametrarna för ett möjligt hydrotermiskt fält på Enceladus i laboratoriet vid FU Berlin", säger Khawaja, som nyligen har flyttat från FU Berlin till universitetet i Stuttgart. "Vi undersökte sedan vilka effekter dessa tillstånd har på en enkel kedja av aminosyror." Aminosyror är de grundläggande byggstenarna i proteiner och grunden för allt liv som vi känner det.
Temperaturer på 80 till 150 grader Celsius och ett tryck på 80 till 100 bar rådde i testapparaten — runt hundra gånger högre än på jordens yta. Under dessa extrema förhållanden förändrades aminosyrakedjorna på ett karakteristiskt sätt över tiden.
Men är det ens möjligt att upptäcka dessa förändringar med mätinstrumenten på rymdsonder? Med andra ord, lämnar de efter sig en omisskännlig markör som vi borde kunna hitta i data från Cassini (eller framtida rymduppdrag)?
Mätinstrumentet ombord på rymdsonden Cassini, Cosmic Dust Analyzer, analyserar damm och Enceladus-ispartiklar i rymden som färdas med hastigheter på upp till 20 kilometer per sekund. Höghastighetskrockarna mellan dessa partiklar gör att materialet förångas och molekylerna i det splittras. Fragmenten förlorar elektroner och laddas sedan positivt. De kan dras mot en negativt laddad elektrod, och ju lättare de är, desto snabbare når de den.
Det är möjligt att få ett så kallat "masspektrum" genom att mäta transittiden för alla fragment. Detta kan sedan användas för att dra slutsatser om den ursprungliga molekylen.
Det är dock svårt att tillämpa denna mätmetod i laboratoriet. "Istället använde vi en alternativ mätmetod som heter LILBID för första gången på ispartiklar som innehåller hydrotermiskt förändrat material," förklarar Khawaja.
"Detta levererar mycket liknande masspektra som Cassini-instrumentet. Vi använde detta för att mäta en aminosyrakedja före och efter experimentet. I processen stötte vi på karakteristiska signaler som orsakades av reaktionerna i vårt simulerade hydrotermiska fält." Forskarna kommer nu att upprepa detta experiment med andra organiska molekyler under utsträckta geofysiska förhållanden i havet Enceladus.
Deras resultat gör det möjligt att söka i Cassini-data (eller data från framtida uppdrag) efter sådana markörer. Om det hittas skulle detta vara ytterligare bevis på att det finns ett hydrotermiskt fält på Enceladus. Detta ökar också sannolikheten att liv kan utvecklas och överleva på Enceladus.
Mer information: Nozair Khawaja et al, Laboratoriekarakterisering av hydrotermiskt bearbetade oligopeptider i iskorn som emitteras av Enceladus och Europa, Philosophical Transactions of the Royal Society A:Mathematical, Physical and Engineering Sciences (2024). DOI:10.1098/rsta.2023.0201
Tillhandahålls av University of Stuttgart
