Высокоэнергетические космические лучи, традиционно считающиеся смертельно опасными для живых организмов, согласно результатам международного исследования, способны создавать условия для выживания микробов под поверхностью планет и спутников с разрежённой атмосферой. Учёные предложили новую концепцию — радиолитическая зона обитаемости, где именно энергия, освобождающаяся при радиолизе воды под воздействием галактических космических лучей (GCR), может поддерживать жизнь.
Исследователи отмечают, что ионизирующее излучение, помимо разрушения биологических молекул, может также инициировать синтез химических соединений, необходимых для жизнедеятельности. Под действием заряжённых частиц молекулы воды распадаются, образуя активные радикалы, ионы и свободные электроны. Эти электроны, попадая в водную среду, становятся «гидратированными» и могут использоваться микроорганизмами как источник энергии — аналогично тому, как растения утилизируют солнечный свет. Подобные механизмы уже наблюдаются на Земле: например, Desulforudis audaxviator, обнаруженная в глубокой шахте в Южной Африке на уровне 2,8 километра, полностью изолирована от солнечного света и использует продукты радиолиза, возникающие при распаде радиоактивных элементов в горных породах.
Моделирование позволило учёным оценить энергетический потенциал подобных организмов под поверхностью Марса, Европы и Энцелада. Наиболее перспективным для развития микробной жизни оказался Энцелад: на глубине примерно два метра возможна концентрация до 4,3×104 клеток в 1 см³, а синтез молекул АТФ может достигать 108 на грамм в секунду. Для сопоставления: на Марсе максимальная биомасса достигает 1,1×10-8 г/см² на глубине 0,6 метра, а на Европе — 4,5×10-9 г/см² на глубине 1 метр.
Спутник Сатурна Энцелад. Источник: NASA
Авторы рассматривают радиолиз как устойчивый и универсальный механизм, особенно характерный для объектов без плотной атмосферы и магнитного поля. Космические лучи способны проникать на несколько метров под поверхность, инициируя цепь реакций, в которых образуются вторичные электроны. Эти электроны могут быть напрямую использованы микроорганизмами или реагировать с органическими молекулами-переносчиками.
Известны микроорганизмы, такие как представители Geobacter, Shewanella и фототрофный Rhodopseudomonas palustris, которые способны напрямую захватывать электроны из внешней среды с помощью нанопроводящих белков или через окислительно-восстановительные реакции с минералами и металлами. Подобные свойства позволяют рассматривать их в качестве моделей организмов, способных использовать энергию радиолиза.
Если ранее радиолиз в основном связывали с разрушением органики, то современные данные свидетельствуют о его значении в формировании биологически важных соединений. Экспериментально установлено, что продукты радиолиза участвуют в синтезе аминокислот, сахаров, макромолекул и железо-серных кластеров — компонентов белков, критически важных для метаболизма. Подобные процессы могли способствовать химической эволюции на ранней Земле и, возможно, на других телах Солнечной системы.
Среди рассматриваемых миров наибольший потенциал для микробной жизни обнаружен у Энцелада: он сочетают высокую энергоёмкость, значительную глубину проникновения излучения и подтверждённое наличие подповерхностного океана, о чём свидетельствуют выбросы вещества через трещины в ледяной коре. Анализ химического состава этих выбросов выявил наличие ацетатов — возможных источников углерода для организмов. Подобные соединения обнаружены и на Марсе, где также предполагается наличие водяных резервуаров под полярными шапками.
Марс. Источник: Dimitra Atri, EMM / EXI / NYUAD / CASS
Учёные подчёркивают, что их расчёты показывают: энергетический поток и плотность тока позволяют поддерживать жизнедеятельность организмов, аналогичных D. audaxviator, — сопоставимо с наблюдаемыми показателями в её природной среде (105–106 эВ/г·с), в то время как на Энцеладе отмечены значения около 107 эВ/г·с. Однако плотность тока, рассчитанная для этих условий (порядка 10-12 А/см²), пока существенно ниже лабораторно наблюдаемых значений, что требует дальнейших исследований для подтверждения гипотезы.
Впервые в этом исследовании дано формальное определение радиолитической зоны обитаемости (RHZ) — это область под поверхностью, где продуктов радиолиза достаточно для поддержания метаболизма. Для каждой планеты количественно оценено возможное количество бактериальных клеток на кубический сантиметр: максимум — 4,3×104 клеток/см³ на Энцеладе, около 104 — на Марсе, и до 4×103 — на Европе.
Такая работа расширяет критерии поиска внеземной жизни в Солнечной системе. Если ранее исследования были сконцентрированы на наличии воды и тепла на поверхности, теперь становится очевидным, что жизнь теоретически возможна даже в холодных и тёмных мирах, при условии наличия воды и потока ионизирующего излучения. Особое внимание будущих миссий, по мнению авторов, должно быть уделено подповерхностным слоям: на Марсе — под полярными толщами льда, на Европе — в областях с тонкой корой, а на Энцеладе — вблизи активных трещин на южном полюсе, где толщина льда достигает нескольких километров.
Планируемые миссии, такие как Europa Clipper, Mars Life Explorer и Enceladus Orbilander, впервые позволят напрямую проверить вероятность существования радиолитической зоны обитаемости с помощью радиолокации, бурения и анализа ледяных образцов.
Источник: iXBT
