Океанический спутник Сатурна, Энцелад, привлекает все большее внимание в поисках жизни в нашей Солнечной системе. Большая часть того, что мы знаем об Энцеладе и его покрытом льдом океане, получена благодаря миссии Кассини. Кассини завершил исследование системы Сатурна в 2017 году, но ученые все еще работают над его данными. Новое исследование, основанное на данных Кассини, подтверждает идею о том, что на Энцеладе есть химические вещества, необходимые для жизни. Во время своей миссии «Кассини» обнаружил гейзерообразные шлейфы воды, прорывающиеся сквозь ледяную оболочку Энцелада. В 2008 году «Кассини» совершил пролет на близком расстоянии и проанализировал шлейфы с помощью своего анализатора космической пыли (CDA). CDA показало, что вода в шлейфах содержала удивительную смесь летучих веществ, включая углекислый газ, водяной пар и окись углерода. Также были обнаружены следовые количества молекулярного азота, простых углеводородов и сложных органических химикатов.
Но данные Кассини все еще анализируются, даже спустя шесть лет после того, как он завершил свою миссию и был отправлен на уничтожение в атмосфере Сатурна. В новой статье, опубликованной на сайте bioRxiv, под названием «Наблюдения за элементным составом Энцелада в соответствии с обобщенными моделями теоретических экосистем» представлены некоторые новые результаты. Ведущий автор — Даниэль Мураторе, постдокторант Института Санта-Фе. Работа сосредоточена на открытии аммиака и неорганического фосфора в океане Энцелада. Исследователи использовали экологическую и метаболическую теорию и моделирование, чтобы понять, как эти химические вещества могут сделать Энцелад пригодным для жизни. «Помимо предположений о пороговых концентрациях биоактивных соединений для поддержания экосистем, метаболическая и экологическая теория может предоставить мощную интерпретативную линзу для оценки того, совместима ли внеземная среда с живыми экосистемами», - объясняют авторы.
Важнейшим компонентом экологической теории является коэффициент Редфилда. Он назван в честь американского океанографа Альфреда Редфилда. В 1934 году Редфилд опубликовал результаты, показывающие, что соотношение углерода, азота и фосфора (C:N:P) было удивительно постоянным в биомассе океана и составляло 106:16:1. Другие исследователи обнаружили, что соотношение немного менялось в зависимости от площади и присутствующих видов фитопланктона. В более поздних работах это соотношение было уточнено до 166:22:1. Точные цифры не обязательно являются критической точкой. Заключение Редфилда является жизненно важным. Коэффициент Редфилда показывает удивительное единство между химией живых существ в глубинах океана и самого океана. Он предположил, что существует равновесие между океанской водой и питательными веществами планктона, основанное на биотической обратной связи. Он описал химическую структуру питательных веществ и простой жизни.
«Каким бы ни было объяснение, соответствие между количеством биологически доступных азота и фосфора в море и пропорциями, в которых они используются планктоном, представляет собой явление, представляющее величайший интерес», — сказал Редфилд в заключении своей статьи. Итак, как же открытие аммиака и фосфора в океане Энцелада связано с соотношением Редфилда и биологическим потенциалом Энцелада? Коэффициент Редфилда широко распространен по всему Древу Жизни на Земле. «Из-за этой кажущейся повсеместности коэффициент Редфилда считается целевым показателем для астробиологического обнаружения жизни, особенно на океанских мирах, таких как Европа и Энцелад», — пишут авторы новой статьи. Когда дело доходит до жизни, все, что нам нужно, — это Земля. Поэтому разумно использовать фундаментальные аспекты химии жизни здесь, на Земле, в качестве линзы, через которую можно исследовать другие миры, потенциально поддерживающие жизнь.
Анализ данных Кассини по шлейфам Энцелада показывает высокий уровень неорганических фосфатов в океане. Другие геохимические модели, основанные на открытиях Кассини, показывают то же самое. «Эти сообщения о фосфоре следуют за результатами предыдущих работ, идентифицирующих многочисленные элементарные составляющие земной жизни (C, N, H, O) из шлейфа Энцелада», - объясняют авторы. Дальнейший анализ показывает, что океан содержит многие химические вещества, обычные для живых организмов, такие как предшественники аминокислот, аммоний и углеводороды. Таким образом, океан Энцелада имеет богатый химический состав, и многие химические вещества отражают химический состав жизни. В частности, появляется новая гипотеза о том, что Энцелад мог поддерживать метаногенез. Земные археи осуществляют метаногенез в широком диапазоне различных условий окружающей среды на Земле и делают это уже более трех миллиардов лет, доказывая свою выживаемость. Биохимическое моделирование предполагает, что метаногены Земли совместимы с океаном Энцелада.
Исследователи разработали новую, более подробную модель метаногенов на Энцеладе, чтобы увидеть, смогут ли они там выжить и процветать. Их модель во многом опиралась на коэффициент Редфилда. Они обнаружили, что, хотя фосфор присутствует в больших количествах в океане Луны, общее соотношение «может ограничиваться клетками земного типа». «Высокие запасы этих питательных веществ могут быть связаны с неполным истощением из-за небольшой или метаболически медленной биосферы, биосферы с недавним зарождением жизни» или других причин, которые могут вызвать дисбаланс. Так что же это значит для перспектив существования жизни на Энцеладе? Мы находимся только в начале пути науки о биосигнатурах. Мы можем идентифицировать отдельные химические вещества, но с такого большого расстояния мы не можем точно измерить общий химический состав Энцелада. Новые исследования биосигнатуры, включая эту статью, направлены на то, чтобы определить, как биологические процессы реорганизуют химические элементы. Рассматривая целые экосистемы, как это сделал Редфилд, ученые могут обнаружить новые биосигнатуры, которые будут менее двусмысленными.
Если мы сможем это сделать, мы сможем обнаружить, что неземные формы жизни реорганизуют химические вещества совершенно по-другому. Это исследование является частью новых усилий по обнаружению не только отдельных химических биосигнатур, некоторые из которых могут быть ложноположительными. Метан, например, может быть биосигнатурой, но также может производиться абиотическим путем. Есть и другие, например, недавно обнаруженный на Венере фосфин. Понимание экосистем в целом является следующим шагом. Необходимо учитывать ошеломляющее количество факторов. Размер клеток, доступность питательных веществ, радиация, соленость, температура. Снова и снова. Но чтобы понять общую химическую среду на Энцеладе, Европе или где-либо еще, нам нужны более подробные данные. К счастью, приборостроение продолжает совершенствоваться, и предстоящие миссии на Европу начнут рисовать более полную картину. По мнению авторов, следующий шаг требует более полных данных и более обобщенного подхода. «Мы предлагаем два приоритета для дальнейших астробиологических исследований, чтобы лучше понять последствия этих выводов», — пишут они.
«Во-первых, мы повторяем предыдущие призывы в астробиологической литературе исследовать более общие понятия метаболизма и физиологии». Они также предполагают, что поиск прямых параллелей с земной жизнью в форме биохимии может быть не лучшей стратегией поиска жизни на Энцеладе. «Во-вторых, мы рекомендуем расширить сферу аналоговых земных сред, включив в них те, у которых экстремальное соотношение ресурсов, отражающее предложенное для Энцелада», — объясняют они. Наше понимание обитаемости постепенно растет, как ясно показывает это исследование. Скорее всего, не будет моментов разоблачения, когда мы внезапно это поймем. Природа создала огромное разнообразие миров, каждый со своей химией. Хотя использование таких инструментов, как коэффициент Редфилда, в качестве линзы, является одним из способов взглянуть на эти миры во всей их уникальной красе, мы не можем получить туннельное зрение. Хотя большая часть того, что наше воображение представляет себе жизнь в других мирах, является причудливой и маловероятной, жизнь на Энцеладе могла бы найти другой путь. Могут быть разные способы существования жизни и реорганизации химической среды.
