Jakten på liv bortom jorden fascinerar många och inspirerar till stora frågor:Är vi verkligen ensamma i universum? Är vår jord unik? Är det möjligt att livet bortom jorden faktiskt kan vara långt ifrån små gröna utomjordingar och mycket närmare det mikrobiella liv som vi delar vår planet med?
Encelliga organismer var de första livsformerna som utvecklades på jorden för miljarder år sedan och har funnits mycket längre än människor och andra flercelliga organismer. De är också metaboliskt olika och kan frodas i miljöer som vi människor anser vara extrema – till exempel på botten av havet i rykande heta hydrotermiska ventiler, i extremt salta sjöar och till och med i klippor.
Det första stället att leta efter liv utanför jorden är inom vårt solsystem, där avstånden mellan oss och potentiellt beboeliga världar fortfarande är hanterbara för rymdfarkoster och till och med provtagningsuppdrag. Venus, Mars och många månar av Jupiter och Saturnus är alla av intresse för astrobiologer, även om Europa, en av Jupiters 95 månar, är en särskilt lovande kandidatvärld. Europa är en isig havsvärld där vattenplymer sprutar från ett hav under en tjock isskorpa.
Även om yttemperaturen ständigt lurar under en kall -220°F, upphetsar Europa många astrobiologer som en möjlig plats för liv i vårt solsystem på grund av dess subglaciala hav. Vatten är viktigt för en planets beboelighet genom livet som vi känner det; ett polärt lösningsmedel som vatten är avgörande för de biokemiska reaktioner som driver allt liv på jorden och kan också ge en termiskt stabil livsmiljö för organismer att leva och utvecklas.
Tillsammans med vatten är kol en annan viktig byggsten för livet som vi känner det. Alla livets väsentliga makromolekyler är baserade på kol – socker, proteiner, DNA och lipider består alla av kolatomer ordnade i olika former, inklusive ringar, ark och kedjor.
I september 2023 fann två oberoende team av forskare att den fasta koldioxiden (CO2 ) på Europas yta härstammar troligen från dess subglaciala hav, eftersom dess placering på ytan sammanfaller med geologiska särdrag som indikerar transport av material från under isen.
Ett team antog också att haven är oxiderade, ett kemiskt tillstånd som stödjer jordens nuvarande biosfär och därmed gynnar beboelighet av liv som vi känner det. Även om forskare inte kunde definitivt fastställa källan till CO2 på Europa har bekräftelsen på att kol finns på Europa underblåst elden hos astrobiologer som tror att det kan vara värd för mikrobiellt liv.
Tecken på liv som organiskt kol och vatten är allmänt kända som biosignaturer, kemiska eller fysiska markörer som specifikt kräver ett biologiskt ursprung. Även om ingen enskild biosignatur är tillräckligt för att göra anspråk på liv i en avlägsen värld, kan att hitta många kompletterande biosignaturer på kroppar som Europa stärka argumentet att liv, i någon form, skulle kunna existera bortom jorden.
Från Europa till Antarktis – studera subglaciala mikrober
Som en mikrobiologisk fältarbetsplats är Europa ungefär så otillgänglig som möjligt – det är över 390 miljoner mil bort och ofattbart kallt. Hur kan vi då avgöra om livet skulle kunna överleva under europeiska förhållanden? En idé är att studera jordbaserade analoga platser – extrema miljöer på jorden vars förhållanden efterliknar de i avlägsna världar.
Genom att karakterisera det mikrobiella livet i dessa ekosystem kan vi få en inblick i hur livet kan bestå på platser som är helt ogästvänliga för de flesta andra livsformer. Att studera analoga webbplatser kan också ge oss ledtrådar om vilka typer av biosignaturer som kan vara viktiga i olika miljöer och hjälpa till att informera om vad forskare letar efter i data som kommer från framtida Europa-bundna uppdrag.
Jill Mikucki, Ph.D., en docent vid University of Tennessee, Knoxville, studerar en sådan analog plats:Blood Falls, en egenskap som färgar ändstationen av Taylor Glacier i McMurdo Dry Valleys i Antarktis. Där läcker ett salt, subglacialt grundvattenekosystem ut järnhaltig saltlake till ytan. Järnet oxiderar vid kontakt med luft, färgar det utströmmande saltvattnet rostigt rött och ger Blood Falls dess spöklika utseende och namn som matchar.
"Det känns överjordiskt att arbeta och slå läger i de torra dalarna," sa Mikucki. "Det kan vara extremt tyst ... genomträngande så. Men om vinden tar till kan det brusa."
En del av Blood Falls attraktivitet som analog kommer från dess unika geo- och hydrologiska egenskaper. "Jag tror att Blood Falls är en bra analog för havsvärldsstudier eftersom det är en av de få platserna där vätska passerar från under isen till ytan," förklarade Mikucki. "Dessutom är det salt, så det är som en mini havsvärld som episodiskt spiller ut alikvoter av subglaciala vätskor - och dess mikrobiella innehåll."
Dessa egenskaper påminner om Europas plymer som sprutar från under isen. "På Blood Falls kan vi studera hur livet under isen är, vad denna transitering till ytan innebär och hur överlevnaden vid ytan är," sa Mikucki.
År 2009 publicerade Mikucki och kollegor en artikel som beskriver hur mikrober under Taylor Glacier kan cykla svavel och använda järn som en terminal elektronacceptor, en roll som syre spelar för många organismer på jordens yta.
Denna typ av metabolism sker under anaeroba förhållanden (när syre är begränsat), vilket kan inträffa i vissa miljöer när organismer som producerar O2 fotosyntetiseras. är frånvarande. Detta ekosystem är begravt djupt under isen och kan ha varit isolerat från utsidan i över 1 miljon år.
Mikucki har arbetat med subglaciala miljöer i över två decennier men är fortfarande förvånad över några av hennes och hennes teams upptäckter. Till exempel växer de mikrobiella cellerna mycket långsamt under isen, vilket kan ta ett år eller mer att dela sig.
"Allt förvirrar mig fortfarande," skrattade hon. "Jag undrar hur länge denna saltlake har varit fångad under Taylorglaciären - och hur, var, under vilka omständigheter den härrörde. Hur har dessa mikrobiella samhällen bestått genom denna fysiska och kemiska resa?" Kan livet fortsätta på liknande sätt i Europa? Juryn är fortfarande ute, men arbetet med att samla in mer data pågår.
Under de kommande decennierna kommer vi att få en bättre titt på Europa genom två uppdrag:European Space Agency's JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer), och NASA:s Europa Clipper. Medan JUICE-uppdraget, som lanserades i april 2023, syftar till att karakterisera Europa och två andra Jupitermånar, kommer NASA:s Clipper-uppdrag (som planeras att lanseras i oktober 2024) fokusera på Europa.
Clippers mål är att mäta tjockleken på den isiga skorpan och utbytet mellan yta och hav, samt studera Europas sammansättning och geologi. De två rymdfarkosterna bör nå sina mål på 2030-talet och kan sedan börja samla in och skicka tillbaka data.
Möjligheten att liv existerar bortom jorden – och att det mycket väl kan vara väldigt annorlunda än vad vi har här – är både spännande och ödmjukande. Om vi aldrig hittar liv bortom jorden, kommer det att betyda att det som hände här var utomordentligt speciellt. Om vi gör det kan det vända på det vi tror att vi vet om livet och visa oss att vi inte är ensamma i det stora kosmos.
Tillhandahålls av American Society for Microbiology
