Skvělé zprávy z Enceladu: Ledový měsíc Saturnu je ještě slibnějším místem pro život

Dvě nové studie naznačují, že měsíc Saturnu Enceladus by mohl být ještě slibnějším cílem při pátrání po mimozemském životě. Pokud chtějí vědci hledat život v oceánu na jiném tělese, nabízí Enceladus vzácnou výhodu: oceán sám vysílá vzorky do okolního prostoru.

Tento ledový měsíc Saturnu ukrývá pod svým zmrzlým povrchem globální oceán, avšak vědci se k jeho zkoumání nemusí nutně provrtávat kilometry ledu. Z trhlin poblíž jižního pólu tryskají mohutné proudy, které vynášejí vodní páru a zmrzlý materiál z oceánu stovky kilometrů nad povrch, kde je mohou sondy přímo odebírat a analyzovat.

Dvě studie publikované v časopise Science Advances nyní naznačují, že Enceladus může být pro hledání života ještě příznivější, než se dříve myslelo. Jedna studie ukazuje, že proces, který vytváří částice jeho gejzírů, přirozeně odděluje a koncentruje chemikálie z oceánu. Druhá dokazuje, že mikroorganismy produkující metan na Zemi mohou zůstat aktivní v laboratorních podmínkách navržených tak, aby napodobovaly neobvyklou chemii Saturnova měsíce.

Oceán, který přichází do kosmické sondy
Enceladus se stal jedním z předních míst pro výzkum potenciálně obyvatelného prostředí mimo Zemi. Ačkoliv je jeho povrch zamrzlý, gravitační interakce v systému Saturnu generují vnitřní ohřev, který pomáhá udržovat vodu v kapalném stavu pod ledovou kůrou měsíce. Předpokládá se, že tento oceán leží nad skalnatým nitrem, což vytváří příležitosti pro interakci vody a hornin.

Podobné procesy na Zemi mohou dodávat chemickou energii ekosystémům, které přežívají bez slunečního světla. V hydrotermálních průduších mikroorganismy žijící na hlubokém mořském dně spíše využívají chemické reakce než fotosyntézu.

Sonda Cassini vyslaná NASA změnila chápání vědců o Enceladu opakovaným průletem přes jeho jižní polární gejzíry. Přístroje na palubě sondy detekovaly soli, organické sloučeniny a další materiál spojený s podpovrchovým oceánem. Data z Cassini také poskytla důkazy v souladu s hydrotermální aktivitou na oceánském dně.

Díky tomu je Enceladus mezi známými oceánskými světy výjimečný. Místo toho, aby vyžadoval misi k přistání, vrtání skrz tlustý led a dosažení vody pod ním, měsíc neustále vyvrhuje materiál ze svého oceánu do okolního prostředí.

Zrna ledu mohou být přirozeně tříděna
Profesor Frank Postberg, planetární vědec z Freie Universität Berlin, vedl mezinárodní tým, který zkoumal, co se děje s oceánským materiálem, než se dostane mimo měsíc. Jejich studie kombinovala měření Cassini s laboratorními experimenty a teoretickým modelováním.

Výzkumníci rekonstruovali proces, který začíná na hladině oceánu. Bublinky plynu stoupají vodou a praskají, čímž vznikají drobné kapičky. Vodní pára tyto kapičky unáší vzhůru skrz trhliny v nadložním ledu. Významným zjištěním je, že kapičky zřejmě nezamrzají celé najednou.

S postupujícím mrznutím se látky rozpuštěné ve vodě mohou oddělovat a koncentrovat v různých částech kapičky. Soli, organické látky a další sloučeniny, které byly původně promíchány, tak mohou být ve výsledném ledu rozmístěny nerovnoměrně.

Od sebe se mohou oddělovat i různé druhy solí. Například chlorid sodný (kuchyňská sůl) se může oddělit od uhličitanu sodného. Díky tomuto fyzikálnímu třídění může být výtrysk mnohem bohatším zdrojem informací než pouhý soubor chemicky homogenních ledových zrn.

Drobné srážky vytvářejí koncentrované vzorky
Během pohybu směrem nap povrch měsíce procházejí kapičky další proměnou. Při průchodu ledovými trhlinami mohou zrychlit až na rychlost 1 000 km/h. Když pak zmrzlé kapičky narazí na stěny trhlin, mohou se roztříštit na úlomky o velikosti pouhých několika mikrometrů. Některé z těchto úlomků mohou obsahovat vysoce koncentrované látky, které byly původně rozptýleny v oceánské vodě.

„Enceladus za nás vlastně odvádí velkou část práce při přípravě vzorků k analýze – práce, která by v pozemských chemických laboratořích obvykle vyžadovala značné úsilí,“ říká Frank Postberg, který studii vedl. „Složky oceánu se od sebe oddělují a zároveň se koncentrují do jednotlivých ledových částic.“

Proč může být vzácná částice důležitá
Stejný proces by se mohl týkat i materiálu pocházejícího z mikroorganismů. Pokud by kapénka obsahovala úlomky buňky či jiný materiál biologického původu, zmrznutí by mohlo tento materiál oddělit od okolních solí a chemických látek. V důsledku fragmentace by se pak tento materiál mohl soustředit jen v poměrně malém počtu ledových zrnek.

Většina částic nemusí obsahovat vůbec nic biologického. Avšak vzácné zrnko nesoucí mikrobiální materiál by jej mohlo obsahovat v mnohem vyšší koncentraci, než jaká byla přítomna v původní oceánské vodě.

„Pro pátrání po životě je to skvělá zpráva,“ říká Postberg. „Budoucí kosmické sondy budou muset analyzovat velké množství jednotlivých ledových částic v proudu vyvrhovaného materiálu. Pokud však narazí na částici obsahující mikrobiální materiál, mohly by v ní pomocí již dostupných technologií poměrně snadno identifikovat biologické signatury.“

Namísto analýzy pouze průměrného složení proudu materiálu může být pro přístroje přínosnější zkoumat velké množství jednotlivých částic. Neobvyklé zrnko totiž může obsahovat informace, které by se ztratily, kdyby se tisíce částic smísily do jediného měření.

Laboratoř na Freie Universität Berlin již dříve v experimentech prokázala, že specializované přístroje dokážou detekovat mikrobiální buněčný materiál v jednotlivých částicích, které se podobají těm z výtrysků na Enceladu. Tyto poznatky by tak mohly ovlivnit budoucí mise zaměřené na hledání známek života na tomto měsíci, včetně navrhovaných evropských konceptů průzkumu zaměřených právě na Enceladus.

Mohlo by tam skutečně něco žít?
Detekce života představuje jen část problému. Vědci musí rovněž zjistit, zda Enceladus vůbec může poskytovat prostředí, v němž by organismy mohly fungovat.

Druhá studie Science Advances se k této otázce přiblížila experimentálně. Výzkumníci z Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) s přispěním Postberga a vědce z Freie Universität Nozaira Khawaji v laboratoři znovu vytvořili důležité aspekty chemie oceánu na Enceladu. Studie se zaměřila na prostředí velmi odlišné od většiny známých ekosystémů na Zemi.

Předpokládá se, že oceán na Enceladu obsahuje velmi málo kyslíku a velké množství uhličitanu. Je také silně zásaditý (s hodnotami pH 10 nebo 11). Vědci tyto podmínky znovu vytvořili a zároveň simulovali interakce mezi oceánskou vodou a skalnatým nitrem měsíce.

Poté představili methanothermococcus okinawensis, archeon nalezený v blízkosti hlubokomořských hydrotermálních průduchů na Zemi. Tento organismus není závislý na kyslíku. Místo toho může získávat energii pomocí vodíku a oxidu uhličitého a zároveň produkovat metan, což je proces známý jako methanogeneze.

Metanogeneze je z vědeckého hlediska při pátrání po mimozemském životě zajímavá, protože představuje jednoduchou formu metabolismu, která může fungovat bez slunečního světla či kyslíku. Podmínky podobné těm, jež jsou pro tyto reakce nezbytné, mohou panovat v místech, kde se oceán měsíce Enceladus stýká s jeho skalnatým dnem.

Experiment s nečekaným výsledkem
Zpočátku se zdálo, že daný mikroorganismus není příliš přizpůsoben jednomu z klíčových chemických rysů tohoto měsíce. Při velmi vysokém pH a nedostatku rozpuštěného oxidu uhličitého totiž nedokázal růst v jinak příznivém laboratorním kultivačním médiu. Výsledek se však změnil, jakmile jej vědci umístili do prostředí, které věrněji simulovalo podmínky na Enceladu.

V tomto prostředí organismus dále rostl a produkoval metan. Vodík nezbytný pro jeho metabolismus vznikal při reakcích vody s horninou, zatímco samotné mikroorganismy se přizpůsobily extrémně omezené dostupnosti oxidu uhličitého.

„Bylo to pro nás skutečné překvapení,“ uvedl Khawaja. „Šlo o experiment, u něhož jsme tak úspěšný výsledek vůbec neočekávali.“

To, co činí Enceladus obzvláště fascinujícím, je kombinace kapalné vody, chemické energie, vzájemně interagujícího kamenného mořského dna, organických látek a přirozeného mechanismu, který neustále vynáší vzorky z oceánu do vesmíru.

„Specifické geochemické podmínky na Enceladu by mohly umožnit fungování jednoho z nejstarších známých metabolických systémů ze Země, a to i ve vysoce zásaditém prostředí,“ říká Postberg. „Ačkoliv to neznamená, že na tomto Saturnově měsíci skutečně existuje život, naše studie ukazuje, že pokud by tomu tak bylo, budoucí vesmírné mise by měly velkou šanci odhalit jeho stopy, pokud by analyzovaly jednotlivá ledová zrna z výtrysků na Enceladu.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/great-news-from-enceladus-saturns-icy-moon-just-became-even-more-promising-for-life/

autor: František Martinek