Несмотря на огромное расстояние между нами и сверкающим спутником Сатурна Энцеладом, этот ледяной спутник с океаном является главной целью в наших текущих поисках внеземной жизни. Он выбрасывает в космос водяной пар и крупные органические молекулы через трещины в своей ледяной оболочке, которая относительно тонка по сравнению с другими ледяными океаническими спутниками, такими как Европа Юпитера. Хотя она всё ещё находится вне пределов досягаемости, научный доступ к её океану не так сложен, как у Европы, ледяная оболочка которой гораздо толще.
Наличие крупных органических молекул не вызывает особых споров. Но они не обязательно означают, что в древнем, невидимом океане скрывается что-то живое. Напротив, они могут образовываться в результате гидротермальных процессов. Сложность в том, что гидротермальные процессы также могут быть связаны с возникновением жизни.
Понимание абиотических процессов, в результате которых образуются эти молекулы, важно не только для Энцелада. Оно может послужить основой для понимания результатов будущей миссии на замёрзший спутник и любых биосигнатур, которые она может обнаружить.
Новое исследование, опубликованное в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, рассматривает этот вопрос. Оно озаглавлено «Лабораторная характеристика гидротермально обработанных олигопептидов в ледяных зёрнах, выброшенных Энцеладом и Европой». Ведущий автор — доктор Нозаир Хаваджа из Института космических систем (IRS) при Штутгартском университете.
Учёные предполагают, что жизнь на Земле зародилась в результате гидротермальных событий на дне океана. Из этих источников поступают богатые минералами жидкости. В глубоких океанских источниках под экстремальным давлением эти минералы могут вступать в реакцию с морской водой, в результате чего образуются строительные блоки жизни.
«В научных исследованиях мы также говорим о гидротермальном поле», — объясняет ведущий автор исследования Хаваджа. «Есть убедительные доказательства того, что в таких полях преобладают условия, важные для возникновения или поддержания простых форм жизни».
Многое из того, что мы знаем об Энцеладе, получено благодаря миссии «Кассини». Учёные до сих пор работают с данными «Кассини», несмотря на то, что его миссия завершилась в 2017 году. Несмотря на то, что большая часть данных была получена в низком разрешении, они по-прежнему ценны.
Профессор Франк Постберг из Свободного университета (FU) Берлина является одним из соавторов исследования. «В 2018 и 2019 годах нам попадались различные органические молекулы, в том числе и те, которые обычно являются строительными блоками биологических соединений», — говорит Постберг. «А это значит, что там могут происходить химические реакции, которые в конечном итоге могут привести к появлению жизни».
Между гидротермальными источниками и молекулами, выбрасываемыми в космос, есть недостающее звено. Учёные не уверены, что молекулы образуются именно благодаря жерлам и каким образом. Связана ли с ними жизнь?
Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи смоделировали гидротермальное жерло Энцелада в своей лаборатории.
«С этой целью мы смоделировали параметры возможного гидротермального поля на Энцеладе в лаборатории Берлинского университета», — говорит ведущий автор работы Хаваджа. «Затем мы изучили, как эти условия влияют на простую цепочку аминокислот». Аминокислоты — это основные строительные блоки белков и основа всей земной жизни. Их сотни, и 22 из них находятся во всех живых клетках. Они являются предшественниками белков и показывают, что жизнь на Земле взаимосвязана.
Исследователи подвергли аминокислоты воздействию условий, которые, как предполагается, сохранились на океанском дне Энкледада. «Здесь мы представляем результаты работы нашей недавно созданной установки для моделирования обработки океанического материала в диапазоне температур 80-150°C и давления 80-130 бар, что соответствует условиям, предполагаемым для границы раздела вода-камень на Энцеладе», — пишут они в своей статье. В этих условиях цепочки аминокислот вели себя характерным образом.
Но это в лаборатории. Можем ли мы разработать космический зонд, который сможет обнаружить подобные изменения на Энцеладе? Сами изменения не видны, но производят ли они побочные продукты или маркёры, которые излучаются в космос?
Анализатор космической пыли (CDA) Cassini обнаружил органические молекулы в шлейфах Энцелада, наблюдая за столкновениями между быстро движущимися частицами, которые разрушают молекулы и испаряют их содержимое. Некоторые частицы, лишившись электронов, становятся положительно заряженными и притягиваются к отрицательному электроду прибора. Чем меньше их масса, тем быстрее они достигают электрода.
Объединив большое количество данных такого рода, CDA позволил многое узнать об исходных молекулах.
Но это невозможно повторить в лаборатории.
«Вместо этого мы впервые применили альтернативный метод измерения под названием LILBID на частицах льда, содержащих гидротермально изменённый материал», — объясняет Хаваджа. LILBID означает «лазерно-индуцированная десорбция ионов жидким пучком» — это другой тип масс-спектрометрии, чем тот, который применяется в CDA. Несмотря на то, что метод отличается, он даёт результаты, схожие с результатами прибора CDA «Кассини».
В частности, исследователи изучили гидротермальную обработку пептида триглицина (GGG). GGG — это трипептид, наиболее распространённый. Учёные часто используют GGG для изучения аминокислот, пептидов и белков, анализируя молекулярные взаимодействия и физико-химические параметры всех трёх компонентов.
«Этот прибор даёт масс-спектры, очень похожие на масс-спектры прибора Cassini. Мы использовали его для измерения цепочки аминокислот до и после эксперимента. В процессе мы обнаружили характерные сигналы, которые были вызваны реакциями в смоделированном нами гидротермальном поле», — говорит Хаваджа.
Исследователи намерены повторить этот эксперимент с другими органическими молекулами в расширенных геофизических условиях в океане Энцелада. «С помощью новой лабораторной установки мы смоделируем целый ряд гидротермальных условий, от высоких давлений и температур, связанных с большими глубинами в ядре, до более мягких условий в океанической воде вблизи границы раздела вода-порода», — пишут авторы в своей работе.
Полученные результаты позволят им искать подобные маркёры в данных «Кассини». Они также могут быть использованы для будущих миссий к Энцеладу и станут ещё одним доказательством гидротермальной активности на спутнике с замёрзшим океаном.
Если учёные смогут подтвердить наличие гидротермальных источников на Энцеладе, ажиотаж, который вызывает этот спутник, только возрастёт.
