Признаки жизни могут быть обнаружены в зернах льда, выброшенных с внеземных лун

Покрытые льдом океаны некоторых естественных спутников (лун), вращающихся вокруг Сатурна и Юпитера, являются ведущими кандидатами на поиски внеземной жизни. Новое лабораторное исследование показывает, что отдельные ледяные зерна, выброшенные из этих планетных тел, могут содержать достаточно материала, чтобы инструменты, отправленные туда, могли обнаружить признаки жизни, если такая жизнь существует.

«Впервые мы показали, что даже крошечная фракция клеточного материала может быть идентифицирована с помощью масс-спектрометра на борту космического аппарата», — сказал ведущий автор Фабиан Кленнер из Университета Вашингтона. «Наши результаты дают нам больше уверенности в том, что с помощью новых инструментов мы сможем обнаруживать формы жизни, подобные земным, которые, как мы все больше верим, могут присутствовать на океанских лунах».

Миссия Кассини, завершившаяся в 2017 году, обнаружила параллельные трещины возле южного полюса спутника Сатурна Энцелада. Из этих трещин исходят шлейфы, содержащие газ и частицы льда. Миссия НАСА Europa Clipper, старт которой запланирован на октябрь этого года, будет оснащена дополнительными инструментами для еще более детального изучения ледяного спутника Юпитера Европы.

Чтобы подготовиться к этой миссии, исследователи изучают, что может найти это новое поколение инструментов. Технически невозможно напрямую моделировать ледяные зерна, летящие в космосе со скоростью от 4 до 6 километров в секунду, чтобы ими попасть в наблюдательный прибор. Вместо этого авторы использовали экспериментальную установку, которая посылает тонкий луч жидкой воды в вакуум, где она распадается на капли. Затем они использовали лазерный луч для возбуждения капель и масс-спектральный анализ, чтобы имитировать то, что обнаруживают инструменты космического зонда.

Опубликованные результаты показывают, что инструменты, предназначенные для будущих миссий, такие как анализатор поверхностной пыли на борту Europa Clipper, могут обнаруживать клеточный материал в одной из сотен тысяч ледяных зерен.

Исследование было сосредоточено на Sphingopyxis alaskensis, распространенной бактерии, обитающей в водах Аляски. Хотя во многих исследованиях в качестве модельного организма используется бактерия Escherichia coli, этот одноклеточный организм намного меньше, живет в холодной среде и может выжить при небольшом количестве питательных веществ. Все это делает его лучшим кандидатом на потенциальную жизнь на ледяных спутниках Сатурна или Юпитера.

«Они чрезвычайно малы, поэтому теоретически способны поместиться в ледяные зерна, которые выбрасываются из океанского мира, такого как Энцелад или Европа», — сказал Фабиан Кленнер.

Оказалось, что инструменты могут обнаружить эту бактерию или ее части в одном зернышке льда. Разные молекулы попадают в разные ледяные зерна. Новое исследование показывает, что анализ отдельных зерен льда, в которых может быть сконцентрирован биоматериал, более успешен, чем усреднение по более крупной выборке, содержащей миллиарды отдельных зерен.

Недавнее исследование, проведенное теми же учеными, показало наличие фосфатов на Энцеладе. Теперь это планетарное тело, по-видимому, содержит энергию, воду, фосфор, соли и органический материал на основе углерода, что повышает вероятность того, что на нем могут существовать формы жизни, подобные тем, которые встречаются на Земле.

Авторы предполагают, что если бактериальные клетки заключены в липидную мембрану, как на Земле, то они также будут образовывать пленку на поверхности океана. На Земле океанская пена является ключевой частью морских брызг, которые создают запах океана. На ледяной луне, где океан соединен с поверхностью (например, через трещины в ледяной оболочке), вакуум космического пространства вызовет кипение подледного океана. Пузырьки газа поднимаются через океан и лопаются на поверхности, где клеточный материал включается в ледяные зерна внутри шлейфа.

«Здесь мы описываем правдоподобный сценарий того, как бактериальные клетки теоретически могут быть включены в ледяной материал, который образуется из жидкой воды на Энцеладе или Европе, а затем выбрасывается в космос», — сказал Фабиан Кленнер.

Анализатор поверхностной пыли на борту Europa Clipper будет более мощным, чем инструменты прошлых миссий. Этот и будущие инструменты также впервые смогут обнаруживать ионы с отрицательным зарядом, что делает их более подходящими для обнаружения жирных кислот и липидов.

«Для меня поиск липидов или жирных кислот даже более интересен, чем поиск строительных блоков ДНК, и причина в том, что жирные кислоты кажутся более стабильными», — сказал Фабиан Кленнер.

«При наличии подходящего оборудования, такого как анализатор поверхностной пыли на космическом зонде NASA Europa Clipper, найти жизнь или ее следы на ледяных лунах может быть проще, чем мы думали», — сказал старший автор Фрэнк Постберг, профессор планетарных наук в Свободном университете Берлина. «Конечно, если там присутствует жизнь, и она хочет быть заключена в ледяные зерна, происходящие из такой окружающей среды, как подземный резервуар с водой».

Исследование было опубликовано 22 марта в журнале Science Advances.