Quando la NASA Astronave Voyager ha visitato la luna di Saturno Encelado , hanno trovato un corpo con caratteristiche superficiali giovani, riflettenti e ghiacciate. Alcune parti della superficie erano più antiche e segnate da crateri, ma il resto era stato chiaramente riemerso. Era una chiara prova che Encelado fosse geologicamente attivo. Anche la luna è vicina L'E-ring di Saturno , e gli scienziati pensano che Encelado potrebbe essere la fonte del materiale in quell'anello, indicando ulteriormente l'attività geologica.
Da allora, abbiamo imparato molto di più sulla luna gelida. Quasi certamente ha un oceano sotterraneo caldo e salato sotto il suo esterno ghiacciato, che lo rende un obiettivo primario nella ricerca della vita. La navicella spaziale Cassini ha rilevato l'idrogeno molecolare, una potenziale fonte di cibo per i microbi, nei pennacchi provenienti dall'oceano sotterraneo di Encelado, e questo ha energizzato la conversazione sul potenziale della luna per vita di accoglienza .
Ora un nuovo documento utilizza la modellazione per comprendere meglio la chimica di Encelado. Il team di ricercatori afferma che l'oceano sotto la superficie può contenere una varietà di sostanze chimiche che potrebbero supportare una comunità diversificata di microbi.
Per quanto riguarda la ricerca della vita altrove nel Sistema Solare, Encelado controlla molte caselle. La sesta luna più grande di Saturno ha un diametro di circa 500 km (310 mi) e sembra avere un oceano globale sepolto sotto una lastra di ghiaccio. E quell'oceano è probabilmente caldo e salato e contiene alcune sostanze chimiche interessanti. Secondo la nuova ricerca, ci sono diversi percorsi tra queste sostanze chimiche che potrebbero supportare la vita.
Questo mosaico di immagini di Voyager 2 a colori mostra la superficie ricoperta di ghiaccio d'acqua di Encelado. Parti della superficie lunare sono vecchie e craterizzate, ma altre parti sono giovani e luminose, indice di attività geologica. Credito immagine: NASA/JPL/USGS
Il titolo del documento è ' I processi di ossidazione diversificano il menu metabolico su Encelado. L'autore principale è Christine Ray, un Ph.D. studente presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università del Texas, San Antonio. Ray è anche con la Space Science and Engineering Division del Southwest Research Institute (SwRI). Il documento è pubblicato sulla rivista Science Direct.
Questo lavoro è stato stimolato dalla scoperta di Cassini dell'idrogeno molecolare nei pennacchi di vapore provenienti da Encelado.
“La rilevazione dell'idrogeno molecolare (H2) nel pennacchio ha indicato che c'è energia libera disponibile nell'oceano di Encelado', ha detto l'autore principale Ray in un comunicato stampa . “Sulla Terra, aerobiche o che respirano ossigeno, le creature consumano energia nella materia organica come glucosio e ossigeno per creare anidride carbonica e acqua. I microbi anaerobici possono metabolizzare l'idrogeno per creare metano. Tutta la vita può essere distillata in reazioni chimiche simili associate a uno squilibrio tra ossidante e riducente composti.'
Il disequilibrio a cui fa riferimento Ray crea un gradiente energetico critico per la vita. Il gradiente energetico consente lo scambio di energia tra un organismo e il suo ambiente. I processi attorno a questi gradienti sono fondamentali per molti aspetti della biologia, come la fotosintesi e la respirazione. Se un sistema è in equilibrio, non c'è gradiente energetico, creando una barriera alla vita.
Quando l'idrogeno molecolare è stato scoperto nei pennacchi provenienti da Encelado, ha tracciato un parallelo con le bocche idrotermali dell'oceano profondo qui sulla Terra. In quelle bocche, l'idrogeno fornisce una fonte di energia per un intero ecosistema. La gente iniziò immediatamente a chiedersi se lo stesso potesse essere vero per Encelado.
Ma questo studio va oltre. Gli autori volevano sapere se potevano esserci altri percorsi energetici nell'oceano di Encelado che erano favorevoli alla vita.
'Ci siamo chiesti se anche altri tipi di vie metaboliche potessero fornire fonti di energia nell'oceano di Encelado', ha detto Ray. 'Poiché ciò richiederebbe un diverso insieme di ossidanti che non abbiamo ancora rilevato nel pennacchio di Encelado, abbiamo eseguito modelli chimici per determinare se le condizioni nell'oceano e nel nucleo roccioso potrebbero supportare questi processi chimici'.
Rendering artistico che mostra una sezione trasversale interna della crosta di Encelado, che mostra come l'attività idrotermale possa causare i pennacchi d'acqua sulla superficie della luna. Crediti: NASA-GSFC/SVS, NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute
Quando si tratta di Encelado e della vita, la disponibilità di energia è fondamentale. Gli autori scrivono nel loro articolo che 'I composti che potrebbero essere utilizzati nelle reazioni metaboliche devono essere presenti in concentrazioni di squilibrio, in modo tale che la biologia possa estrarre energia dall'ambiente per guidare il sistema verso l'equilibrio'.
Cassini ci ha mostrato che, grazie all'idrogeno molecolare, esiste almeno un percorso per la vita. Le sostanze chimiche necessarie sono presenti per metanogenesi prendere posto. Questo è quando l'idrogeno molecolare si ossida con l'anidride carbonica per produrre metano. Questo percorso è comune sulla Terra, incluso nell'intestino umano, dove gli archaea usano la metanogenesi.
Dal momento che non ci sono veicoli spaziali vicino a Encelado e non c'è modo di raccogliere il tipo di dati necessari, il team si è rivolto ai modelli. Si sono chiesti se ossidanti diversi dall'anidride carbonica potrebbero essere presenti su Encelado, possibilmente al di sotto della soglia di rilevamento di Cassini, che potrebbe fornire un altro percorso per la vita.
Le immagini di Cassini della luna di Saturno Encelado retroilluminate dal sole mostrano le fonti simili a fontane del sottile spruzzo di materiale che torreggia sulla regione del polo sud. Questa immagine è stata scattata guardando più o meno lateralmente le fratture della 'striscia di tigre' osservate nelle precedenti immagini di Encelado. Mostra pennacchi discreti di una varietà di dimensioni apparenti sopra il lembo (bordo) della luna. Questa immagine è stata acquisita il 27 novembre 2005. Credito immagine: NASA/JPL/Space Science Institute
Ciò di cui tratta realmente questo studio è la relazione tra energia e biologia. Per esplorare quella relazione su Encelado, gli autori si sono concentrati su due concetti chiave: l'affinità chimica e il flusso di energia.
L'affinità chimica è la capacità di sostanze chimiche diverse di formare composti e, secondo gli autori, è anche '... la quantità di energia libera disponibile da una reazione metabolica'. Secondo gli autori, il flusso di energia '... determina quanta biomassa può essere supportata in condizioni stazionarie'. Gran parte di questo si riduce agli ossidanti. In sostanza, la produzione di ossidanti determina quanta energia è disponibile per la vita.
Gli autori volevano modellare la produzione di ossidanti su Encelado per due ragioni: 'per 1) limitare il budget ossidante o le concentrazioni e i flussi di ossidanti metabolicamente significativi nell'oceano, e 2) determinare se questi percorsi metabolici aggiuntivi potrebbero fornire energia sufficiente per la vita. '
Per esplorare tutto ciò, hanno modellato tre casi diversi, come mostrato nella figura seguente.
Questa tabella dello studio mostra le cellule totali che potrebbero essere supportate dal nostro elenco di reazioni redox metaboliche, in base ai requisiti energetici di mantenimento per le colture cellulari chemostatiche. Le cellule possono essere supportate da tutte le nostre reazioni aerobiche e anaerobiche considerate, tranne in alcune condizioni del Caso II, dove i flussi di energia erano insufficienti per sostenere qualsiasi vita. Pertanto, i conteggi delle celle corrispondenti sono uguali a zero. Credito immagine: Ray et al 2020.
Allora cosa hanno trovato?
'Questo nuovo documento è un altro passo avanti nella comprensione di come una piccola luna può sostenere la vita in modi che superano completamente le nostre aspettative!'
Hunter Waite, coautore, direttore del programma SwRI.
Hanno scoperto che, secondo i loro modelli, potrebbe esserci una produzione di ossidanti sufficiente per creare altri percorsi per la vita. Il ghiaccio superficiale potrebbe essere scomposto dall'energia e rilasciare ossidanti. Questo può accadere in un paio di modi.
“Abbiamo dimostrato che la produzione di radiolitico gli ossidanti su Encelado potrebbero portare a squilibri redox nell'oceano, che potrebbero fornire energia per sostenere la vita putativa. Radiolisi del ghiaccio superficiale, associata al trasporto del ghiaccio nell'oceano in zone geologicamente attive regione della striscia di tigre , può fornire fino a 9,4 × 1015 moli di O2 e 3,3 × 1016 moli di H2O2', scrivono nel loro studio.
Nel 2005, i dati di Cassini hanno mostrato che le cosiddette caratteristiche 'Tiger Stripe' sulla regione del polo sud di Encelado sono punti caldi. Immagine:NASA/JPL/GSFC/SwRI/SSI
Hanno anche scoperto che il decadimento di un isotopo radioattivo del potassio (K) potrebbe produrre ossidanti.
'Gli elettroni e i raggi gamma rilasciati a seguito del decadimento di 40K atomi nell'oceano possono produrre altri 4,2 × 1016 moli di O2 e 1,4 × 1015 moli di H2O2 direttamente nell'oceano'.
'Abbiamo confrontato le nostre stime di energia libera con gli ecosistemi sulla Terra e stabilito che, nel complesso, i nostri valori per il metabolismo sia aerobico che anaerobico soddisfano o superano i requisiti minimi', ha affermato Ray nel comunicato stampa. 'Questi risultati indicano che la produzione di ossidanti e la chimica dell'ossidazione potrebbero contribuire a sostenere la vita possibile e una comunità microbica metabolicamente diversificata su Encelado'.
Questa cifra dello studio mostra la quantità di idrogeno molecolare, ossigeno molecolare e perossido di idrogeno prodotti a causa del decadimento del potassio 40 nel tempo. Credito immagine: Ray et al, 2020.
Questo di per sé è eccitante. Ma c'è di più.
'Ora che abbiamo identificato potenziali fonti di cibo per i microbi, la prossima domanda da porsi è 'qual è la natura dei complessi organici che escono dall'oceano?'', ha affermato il direttore del programma SwRI, il dott. Hunter Waite, coautore di la nuova carta. 'Questo nuovo documento è un altro passo avanti nella comprensione di come una piccola luna può sostenere la vita in modi che superano completamente le nostre aspettative!'
'Dobbiamo essere cauti, ma trovo esilarante riflettere se potrebbero esserci strane forme di vita che sfruttano queste fonti di energia che sembrano essere fondamentali per il funzionamento di Encelado'.
Dr. Christopher Glein, coautore, ricercatore senior SwRI
Come molti modelli e ricerche su altri mondi, questi risultati sono sia allettanti che un po' frustranti. Dobbiamo aspettare un'altra missione su Encelado per confermare o escludere. Abbiamo bisogno di un'altra navicella spaziale, si spera con strumenti più fini, per viaggiare attraverso i pennacchi di Encelado e prendere più misurazioni.
Le 'fontane' di Encelado. Credito: NASA/JPL/SSI
'Una futura navicella spaziale potrebbe volare attraverso il pennacchio di Encelado per testare le previsioni di questo articolo sull'abbondanza di composti ossidati nell'oceano', ha affermato il dottor Christopher Glein, ricercatore senior di SwRI, un altro coautore. 'Dobbiamo essere cauti, ma trovo esilarante riflettere se potrebbero esserci strane forme di vita che sfruttano queste fonti di energia che sembrano essere fondamentali per il funzionamento di Encelado'.
Una missione su Encelado è in fase di concept in questo momento. della NASA Encelado Life Finder è una proposta per inviare un orbiter a energia solare su Encelado. Il Life Finder orbiterebbe attorno a Saturno, ma volerebbe ripetutamente attraverso i pennacchi di vapore di Encelado effettuando misurazioni. È stato proposto nel 2017 ma non selezionato, ma l'idea è ancora viva.
Un'illustrazione artistica dei pennacchi di Encelado. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech
Per ora l'ultima parola spetta agli autori. Nella loro conclusione scrivono: “Abbiamo dimostrato che, oltre alla metanogenesi, le reazioni aerobiche e/o anaerobiche in ciascuno dei nostri tre casi possono soddisfare il fabbisogno minimo di energia libera per la vita terrestre, ?Gmin, e fornire energia di mantenimento per sostenere vita cellulare all'interno di Encelado.”
'La produzione di ossidanti radiolitici e la chimica redox nell'oceano e nei fondali marini di Encelado sono quindi in grado di supportare i processi metabolici oltre la metanogenesi, generando la possibilità di una comunità microbica metabolicamente diversificata nell'oceano di Encelado'.
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