De isbelagda haven på några av månarna som kretsar kring Saturnus och Jupiter är ledande kandidater i sökandet efter utomjordiskt liv. En ny labbbaserad studie ledd av University of Washington i Seattle och Freie Universität Berlin visar att individuella iskorn som kastas ut från dessa planetkroppar kan innehålla tillräckligt med material för instrument som är på väg dit på hösten för att upptäcka tecken på liv, om sådant liv existerar .
"För första gången har vi visat att till och med en liten bråkdel av cellulärt material kan identifieras av en masspektrometer ombord på en rymdfarkost", säger huvudförfattaren Fabian Klenner, en UW postdoktoral forskare inom jord- och rymdvetenskap. "Våra resultat ger oss mer förtroende för att vi med hjälp av kommande instrument kommer att kunna upptäcka livsformer som liknar dem på jorden, som vi i allt högre grad tror kan finnas på havsbärande månar."
Studien med öppen tillgång publicerades i Science Advances . Andra författare i det internationella laget är från The Open University i U.K.; NASA:s Jet Propulsion Laboratory; University of Colorado, Boulder; och universitetet i Leipzig.
Cassini-uppdraget som avslutades 2017 upptäckte parallella sprickor nära sydpolen på Saturnus måne Enceladus. Från dessa sprickor kommer plymer som innehåller gas och iskorn. NASA:s Europa Clipper-uppdrag, planerat att lanseras i oktober, kommer att bära fler instrument för att ännu mer i detalj utforska Jupiters iskalla måne, Europa.
För att förbereda sig för det uppdraget studerar forskare vad denna nya generation av instrument kan hitta. Det är tekniskt förbjudet att direkt simulera iskorn som flyger genom rymden med 4 till 6 kilometer per sekund för att träffa ett observationsinstrument, eftersom den faktiska kollisionshastigheten kommer att vara.
Istället använde författarna en experimentell uppsättning som skickar en tunn stråle av flytande vatten in i ett vakuum, där det sönderfaller till droppar. De använde sedan en laserstråle för att excitera dropparna och masspektralanalys för att efterlikna vad instrument på rymdsonden kommer att upptäcka.
Nyligen publicerade resultat visar att instrument som är planerade att gå på framtida uppdrag, som SUrface Dust Analyzer ombord på Europa Clipper, kan upptäcka cellulärt material i ett av hundratusentals iskorn.
Studien fokuserade på Sphingopyxis alaskensis, en vanlig bakterie i vatten utanför Alaska. Medan många studier använder bakterien Escherichia coli som modellorganism, är denna encelliga organism mycket mindre, lever i kalla miljöer och kan överleva med få näringsämnen. Alla dessa saker gör den till en bättre kandidat för potentiellt liv på Saturnus eller Jupiters isiga månar.
"De är extremt små, så de är i teorin kapabla att passa in i iskorn som släpps ut från en havsvärld som Enceladus eller Europa," sa Klenner.
Resultaten visar att instrumenten kan upptäcka denna bakterie, eller delar av den, i ett enda iskorn. Olika molekyler hamnar i olika iskorn. Den nya forskningen visar att analys av enstaka iskorn, där biomaterial kan vara koncentrerat, är mer framgångsrik än att ta ett medelvärde över ett större prov som innehåller miljarder enskilda korn.
En nyligen genomförd studie ledd av samma forskare visade bevis på fosfat på Enceladus. Denna planetariska kropp tycks nu innehålla energi, vatten, fosfat, andra salter och kolbaserat organiskt material, vilket gör den allt mer sannolikt att stödja livsformer som liknar dem som finns på jorden.
Författarna antar att om bakterieceller är inneslutna i ett lipidmembran, som de på jorden, så skulle de också bilda en hud på havets yta. På jorden är havsskum en viktig del av havsspray som bidrar till lukten av havet. På en isig måne där havet är anslutet till ytan (t.ex. genom sprickor i isskalet), skulle vakuumet i yttre rymden få detta underjordiska hav att koka. Gasbubblor stiger upp genom havet och spricker vid ytan, där cellulärt material inkorporeras i iskorn i plymen.
"Vi beskriver här ett rimligt scenario för hur bakterieceller i teorin kan inkorporeras i iskallt material som bildas från flytande vatten på Enceladus eller Europa och sedan släpps ut i rymden," sa Klenner.
SUrface Dust Analyzer ombord på Europa Clipper kommer att vara mer kraftfull än instrument på tidigare uppdrag. Detta och framtida instrument kommer också för första gången att kunna detektera joner med negativ laddning, vilket gör dem bättre lämpade för att detektera fettsyror och lipider.
"För mig är det ännu mer spännande att leta efter lipider, eller efter fettsyror, än att leta efter byggstenar av DNA, och anledningen är att fettsyror verkar vara mer stabila," sa Klenner.
"Med lämplig instrumentering, som SUrface Dust Analyzer på NASA:s Europa Clipper-rymdsond, kan det vara lättare än vi trodde att hitta liv, eller spår av det, på isiga månar", säger seniorförfattaren Frank Postberg, professor i planetvetenskap. vid Freie Universität Berlin.
"Om liv finns där, förstås, och bryr sig om att vara inneslutna i iskorn som kommer från en miljö som en vattenreservoar under ytan."
Mer information: Fabian Klenner, Hur man identifierar cellmaterial i ett enda iskorn som emitteras från Enceladus eller Europa, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl0849. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl0849
Journalinformation: Vetenskapens framsteg , Natur
Tillhandahålls av University of Washington
