Szerves anyagok az Enceladuson belül: Komplex az élet számára?

A tudósok még nem szívesek azt állítani, hogy a Saturn jeges holdján a szerves anyagok életből származnak, ám van egy ötletük, hogy mit kell keresni a következőben.

Egy művész által készített Cassini, amely Enceladus sarkvidékéből kitörő csatornákon merül.
NASA / JPL

Enceladus, a Szaturnusz sok jeges holdjának egyike, híressé vált a víz-jégkristályok hullámaival, amelyeket a NASA Cassini űrhajója űrbe járt. Az űrhajó fedélzetén lévő két tömegspektrométer eredményei sokkal többet találtak, mint a tiszta jég a koszokban: Sók és hidrogéngázzal és szerves vegyületekkel, például metánnal (CH 4 ) vannak fűzve.

A spektrométerek adatainak közelebbi elemzése rámutat arra, hogy az Enceladuson belüli szerves főzésnek sokkal tömegebb és összetettebb szerves "szülőmolekulákat" kell tartalmaznia, mint ahogyan megvalósultak. Ez a múlt héten a Nature- ben közzétett felfedezés megerősíti a tudósok azon reményét, hogy az élet ott és a Naprendszer más helyein is jelen van. Erõsebb bizonyítékokra van szükség az eset elindításához.

A szerves molekulák atomláncok vagy gyűrűk, amelyek tartalmazzák az élet elemi építőelemeit: szén, hidrogén, oxigén és nitrogén. Az új Cassini-eredmények azt mutatják, hogy az Enceladus belsejéből származó szerves anyagok több, mint egyszerű CH-láncok. Ehelyett komplex elrendezések, amelyeknek legalább valamilyen oxigént és nitrogént kell tartalmazniuk.

"Ez az új felfedezés teljesen megváltoztatja az Enceladus szerves kémiai perspektíváját. Egyszerűbbről komplexumra mentünk. Ez izgalmas" - mondja Christopher Glein (Southwest Research Institute) társszerzője a Sky & Telescope e-mail interjújában.

"Korábban minden olyan szerves vegyületet detektáltunk, amelyek tömege kevesebb, mint 100 atomi tömegegység" - magyarázza Glein. "- és általában molekulánként többnél kevesebb szénatomot tartalmaztak. Ez elsősorban azért van, mert műszerünk, az ion és a semleges tömegspektrométer csak [mért ] legfeljebb 100 amu. " (A hat protont és hat neutronot tartalmazó szénatom atomtömege 12 amu.) Folytatja ezt az új tanulmányt, a Cassini's Cosmic Dust Analyzer (CDA) eredményei azt mutatják, hogy az Enceladus szerves bonyolultsága akár több száz és akár több ezer is lehet. atomtömeg-egységek.

A CDA kutatói, Frank Postberg vezetésével (Heidelbergi Egyetem, Németország) nagy tömegű egységeket fedeztek fel, amelyek valószínűleg egy hidrogénatomot jelentenek két szénatomonként. Ez azt jelenti, hogy a szerkezet "alulteljesített" hidrogénnel és gazdag többszörös kötésű szénatomokban - mondja Glein.

Időközben az INMS csapata ezután gyűrű alakú szénhidrogén-benzol (C 6 H 6 ) változatait találta meg - de csak Enceladus nagysebességű repülésekor, amikor Cassini 14 km / s sebességgel súgott a felszín felett (durván 31 000 mph).

A pirén (C16H10), egy szerves molekula, amely négy kapcsolt benzolgyűrűből áll, atomtömege 202 amu. Az ilyen vegyületeket policiklusos aromás szénhidrogéneknek nevezik, és lehetnek olyan prekurzor szerves molekulák, amelyek az Enceladuson belül léteznek.
enacademic.com

"Ez eredetileg rejtvény volt, " jegyzi meg Glein, "de tökéletes értelme volt, miután felfedezték a nagy tömegű organikus kationokat." Úgy tűnik, hogy még ismeretlen makromolekulák szétesnek, amikor ütköznek az INMS-sel. Mivel ezek a szerves anyagok aromás (gyűrű alakú) szerkezeteket tartalmaznak, magyarázza, a benzol felszabadul a fragmentációs folyamat során. "

A csapat megvizsgálta, de elvette a magyarázatokat a talált szerves anyagok számára, például hogy Cassini szennyeződött a Titán közelében, egy másik életveszélyes hold repülésében. A CDA azonban az Enceladuson szerves anyagot vett fel, még mielőtt Cassini elkészítette volna az első repülési titánját, és a szennyezés önmagában nem tudja megtudni az INMS-adatokban található összes szerves előfordulást.

A NASA Curiosity rover által a Marson nemrégiben talált szerves vegyületek kénben gazdagabbnak tűnnek, mint Enceladusban. Glein szerint ennek oka az lehet, hogy több kén áll rendelkezésre a marsi felületen, míg az Enceladuson a legtöbb kén oldódó szulfid-anyagokban, például piritben (FeS 2 ) van rögzítve. A marsi szerves anyag valószínűleg ősibb is, ami viszont kihatással van a Naprendszerünkben az élet fejlődésének ütemtervére.

Vannak hasonlóságok és ellentmondások a Merkúrral is, ahol a kutatók néhány évvel ezelőtt azonosították az aromás szénatomot (valószínűleg grafit formájában). Az enceladusi szerves anyagok szintén gazdag aromás szénben, de hidrogént, oxigént és nitrogént is tartalmaznak - valószínűleg a víz (H 2 O) és ammónia (NH 3 ) miatt, ami a hold felszín alatti óceánjában található.

A üstökösök is sok szerves anyagot tartalmaznak, ám Glein szerint ezek a kis testek nagyobb prebiotikus vegyületek sokféleségét és bőségét mutatják. "Ha az Enceladus üstökösből áll, érdekes megfontolni, hogy milyen evolúciós folyamatok kapcsolódhatnak hozzájuk" - mondja.

Az Enceladus sziklás magjában lévõ hidrotermális folyamatok szervetlen prekurzorokból szintetizálhatják a szerves molekulákat, vagy a melegítés a már létezõ egyszerû szerves vegyületeket átalakíthatja. Alternatív megoldásként lehet, hogy a hold rejtett óceánjának geokémiai körülményei idegen életet élnek?
NASA / JPL / SSI / PB-gáz-CNRS / Nantes-Angers / ESA

Az egyik lehetőség, javasolja, hogy az Enceladuson belüli hidrotermális folyamatok drasztikusan megváltoztatják az ősi leltárt, így csak a legszorgalmasabb molekulák maradhatnak meg. Vagy talán az élet az Enceladus óceánjában merült fel, és egyszerűen felülírja a kometológiai örökség bármilyen szerves aláírását. Egy Ruth-Sophie Taubner (Bécsi Egyetem) vezetésével foglalkozó csoport nemrégiben azonosított egy baktériumtörzset, amely metános étkezés közben képes túlélni Enceladus-szerű körülmények között.

De Glein figyelmezteti, hogy az alapértelmezett (null) hipotézis, hogy Enceladus, semmilyen életet nem él. Ha Cassini elment, és egyetlen cég sem tervezi, hogy újabb űrhajót küld a Saturn rendszeréhez, a bolygó tudósai évtizedekig várhatnak, hogy megtudják, vajon Enceladus saját biológiájával rendelkezik-e.

Egy jó mutató az lenne, ha a szén-13 és szén-12 aránya alacsony a szerves anyagokban, összehasonlítva a holdi átlaggal, mivel az organizmusok általában a biomassza előállítása során a világosabb izotópot tartalmazzák. Egy másik bioszignum az, hogy az Enceladuson olyan termikus vagy kinetikusan stabil vegyületeket vagy kémiai csoportokat találunk, amelyek termodinamikai és kinetikai szempontból instabilok - ez azt jelzi, hogy valamilyen biológiai eljárás útján szintetizálódnak.

Jennifer Eigenbrode (Goddard Űrvédelmi Repülési Központ), aki a Marson tartósított szerves molekulákat azonosító csoportot vezette, azt mondta, hogy más életbarát mutatók a szénhidrogénláncok, például az aminosavak és a lipidek megtalálása.

Ha biokémiai ujjlenyomatok találhatók valóban Enceladuson, akkor az élet valószínűleg független eredetű volt, mint a Földön. "Ez minden félelmet megállít félelméből" - mondja Eigenbrode. De ő is figyelmezteti, hogy a kutatóknak több példát kell találniuk az életbarát szerves vegyületekre, hogy még ezt az esetet elindítsák. Végül is, még a Föld legszélsőségesebb környezetében is, az élet klaszterekben fordul elő - soha nem elszigetelten.