Enceladus.的内部看起来非常适合支持生活

当美国国家航空航天局’s Voyager Spacecraft. visited Saturn’s moon Enceladus.,他们发现一个年轻,反思性,冰冷的表面特征的机身。表面的一些部分较旧,用陨石坑标记,但其余的已经清晰地重新浮出来。这是明确的证据表明Enceladus是地质上活跃的。月亮也很接近 土星’s E-ring而且科学家认为Enceladus可能是该环中材料的来源,进一步表明地质活动。

从那以后,我们’在寒冷的月亮中了解了很多东西。它几乎肯定是冰冷的外观下方的温暖和咸的地下海洋,使其成为寻求生命的主要目标。 Cassini航天器检测到分子氢 - 一种来自Enceladus的微生物的潜在食物来源’地下海洋,并激励了月球周围的谈话’s potential to 宿主.

现在,一篇新论文使用建模来了解Enceladus’化学更好。它背后的研究人员组织称,地下海洋可能含有各种各样的化学品,可以支持各种微生物群落。

就太阳系的其他地方搜索了生命来,Enceladus检查了很多盒子。土星’第六大月亮大约是500公里(310英里)的直径,似乎有一个全球海洋埋在一块冰下。并且那种海洋可能是温暖和咸的,含有一些有趣的化学品。根据新的研究,这些化学品可以支持寿命的几种途径。

这款颜色Voyager 2图像马赛克显示了海鳗的水冰覆盖的表面。月球表面的部分是旧的和陨石坑,但其他部分是年轻且明亮,迹象表明地质活动。图像信用:NASA / JPL / USGS
这款颜色Voyager 2图像马赛克显示了海鳗的水冰覆盖的表面。月亮的一部分’S表面是旧的和陨石坑,但其他部分是年轻且明亮,迹象表明地质活动。图像信用:NASA / JPL / USGS

这title of the paper is “氧化过程使Enceladus上的代谢菜单多样化。”领导作者是克里斯汀雷,博士。圣安东尼奥德克萨斯大学物理与天文学系的学生。光线也与Southwest Scients Institute(SWRI)的空间科学与工程师。本文发表在“科学”杂志直接。

这项工作被卡西尼刺激了 ’S来自Enceladus的蒸气羽毛中分子氢的发现。

“分子氢的检测(H.2)在羽流中,表明Enceladus海洋中有自由能,”说领导作者雷中 新闻稿. “在地球上,有氧或氧气呼吸,生物消耗有机物中的能量,如葡萄糖和氧气,以产生二氧化碳和水。厌氧微生物可以代谢氢以产生甲烷。可以将所有生命蒸馏到与不平衡之间的类似化学反应 氧化剂 还原剂 compounds.”

射线参考的不平衡为生命创造了一个关键的能量梯度。能量梯度允许生物体与环境之间的能量交换。这些梯度周围的过程对生物学的许多方面至关重要,如光合作用和呼吸。如果系统处于平衡状态,那么’没有能量梯度,为生活创造一个障碍。

当在来自Enceladus的羽毛中发现分子氢时,它在地球上有一个平行的深海水热通风口。在那些通风口,氢气为整个生态系统提供能源。人们立即开始怀疑Enceladus也可能是真的。

但这项研究进一步采取了。作者想知道Enceladus中是否可能有其他能量途径’有利于生活的海洋。

“我们想知道其他类型的代谢途径还可以在Enceladus'海洋中提供能量来源,” Ray said. “因为这将需要我们尚未在Enceladus的羽毛中检测到的不同氧化剂,因此我们进行了化学模型,以确定海洋中的条件和岩石芯是否可以支持这些化学过程。”

显示Enceladus地壳的内部横截面的艺术家渲染,显示水热活动如何导致月球表面上的水羽毛。积分:NASA-GSFC / SVS,NASA / JPL-CALTECH / SINTIC SORKETITE研究所
显示Enceladus地壳的内部横截面的艺术家渲染,显示水热活动如何导致月球表面上的水羽毛。 积分:NASA-GSFC / SVS,NASA / JPL-CALTECH / SINTIC SORKETITE研究所

谈到Enceladus和Life时,能量可用性是关键。作者写在他们的论文中“可用于代谢反应的化合物必须存在于不平衡浓度中,使得生物学可以从环境中提取能量以驱动系统朝向平衡。”

Cassini表明我们感谢分子氢气’■至少有一个终身途径。必要的化学品存在 甲烷化 to take place. That’S分子氢与二氧化碳氧化以产生甲烷。该途径在地球上是常见的,包括在人体肠道中,其中archaea使用甲烷化。

从那里’在Enceladus附近没有航天器,没有办法收集所需的数据类型,团队转向模特。他们想知道除二氧化碳以外的氧化剂是否可能存在于Cenceladus上,可能在Cassini以下’S检测阈值可能为寿命提供另一种途径。

SASTURN的月亮ENCELADUS的CASSINI图像由太阳呈现出塔在南极地区的塔的微喷涂的喷泉的光源。这张照片被视为或多或少的宽带"tiger stripe"在早期的Enceladus图像中观察到的骨折。它显示了在月球的肢体(边缘)上方的各种表观尺寸的离散羽毛。此图片于2005年11月27日收购。图片学分:NASA / JPL /空间科学研究所
卡西尼图的土星图像’S Moon Enceladus由Sun背光展示了塔在南极区域的塔的精细喷涂的喷泉源。这张照片被视为或多或少的宽带“tiger stripe”在早期的Enceladus图像中观察到的骨折。它显示了在月球的肢体(边缘)上方的各种表观尺寸的离散羽毛。此图片于2005年11月27日收购。图片学分:NASA / JPL /空间科学研究所

这项研究真的是什么是能源与生物学之间的关系。为了探索Enceladus的关系,作者在两个关键概念中归零:化学亲和力和能量的助焊剂。

化学亲和力是不同化学物质形成化合物的能力,并根据作者,它’s also “…可从代谢反应获得的自由能量。” The flux of energy “…确定稳态可以支持的生物质程度,”根据作者。其中大部分都归结为氧化剂。从本质上讲,氧化剂生产决定了生活能源的能量。

作者希望在Enceladus上模拟氧化剂生产有两个原因:“对于1)限制海洋中代谢显着氧化剂的氧化预算或浓度和助荷,2)确定这些额外的代谢途径是否可以为寿命提供足够的能量。”

要探索所有这些,它们建模了三种不同的情况,如下图所示。

本研究表明,基于化学稳定性细胞培养物的维护能量要求,可以从我们的代谢氧化还原反应列表中提供总细胞。除了在某些情况下,除了在某些情况下,可以通过我们所考虑的各种需氧和厌氧反应来支持细胞,其中能量通量不足以支持任何生命。因此,相应的单元计数等于零。图像信用:Ray等人2020。
本研究表明,基于化学稳定性细胞培养物的维护能量要求,可以从我们的代谢氧化还原反应列表中提供总细胞。除了在某些情况下,除了在某些情况下,可以通过我们所考虑的各种需氧和厌氧反应来支持细胞,其中能量通量不足以支持任何生命。因此,相应的单元计数等于零。图像信用:Ray等人2020。

那他们发现了什么?

“这篇新论文是理解小月亮如何以完全超越我们期望的方式维持生命的另一个步骤!”

亨特沃特,共同作者,SWRI计划总监。

他们发现,根据他们的模型,可能有足够的氧化剂生产来创造生活的其他途径。表面冰可以通过能量和释放氧化剂分解。这可能以几种方式发生。

“我们已经表明生产的 radiolytic. Enceladus上的氧化剂可能导致海洋中的氧化还原不平衡,这可以提供能量来支持推定的生活。表面冰的辐射溶解,与地质活性的海洋交通相连 老虎条纹 region,可以提供高达9.4×1015摩尔的O2和3.3×1016摩尔H2O2,”他们在学习中写道。

2005年,来自卡西尼的数据表明所谓的"Tiger Stripe"Enceladus南极地区的特色是温暖的斑点。图片:NASA / JPL / GSFC / SWRI / SSI
2005年,来自卡西尼的数据表明所谓的“Tiger Stripe”Enceladus南极地区的特色是温暖的斑点。图片:NASA / JPL / GSFC / SWRI / SSI

他们还发现,钾(K)的放射性同位素的衰减可以产生氧化剂。

“由于40K在海洋中的40k原子衰减的结果释放的电子和伽马射线可以直接在海洋中产生另外4.2×1016摩尔的O 2和1.4×1015摩尔H2O2。”

“我们将我们的自由能量估计与地球上的生态系统进行比较,并确定,总体而言,我们的有氧和厌氧代谢的价值观满足或超过最低要求,”雷说在新闻稿中。“这些结果表明,氧化剂的生产和氧化化学可能有助于支持可能的生命和对Enceladus的代谢不同的微生物群体。”

该研究中的该图显示了由于钾40的衰减而产生的分子氢,分子氧和过氧化氢的量。图像信用:Ray等人,2020。
该研究中的该图显示了由于钾40的衰减而产生的分子氢,分子氧和过氧化氢的量。图像信用:Ray等人,2020。

本身就是令人兴奋的。但是在那里’s more.

“现在我们确定了微生物的潜在食物来源,下一个问题是“从海洋中出现的复杂有机体的性质是什么?” ”SWRI计划主任亨特博士霍特博士,新论文的同志。“这篇新论文是理解小月亮如何以完全超越我们期望的方式维持生命的另一个步骤!”

“我们一定要谨慎,但我发现它令人兴奋地思考,是否可能有奇怪的生活形式,从而利用这些能源来源,这些能源似乎是对烯库的工作的基础。”

SWRI高级研究科学家Christopher Glein博士

像对其他世界的大量建模和研究一样,这些结果既达到诱人,有点令人沮丧。我们必须等待另一个使Enceladus的使命来确认或排除。我们需要另一个航天器,希望通过更精细的仪器,通过Enceladus旅行’羽毛并采取更多的测量。

这‘fountains’Enceladus。信用:NASA / JPL / SSI

“未来的航天器可以通过Cenceladus的羽流来测试本文对海洋中氧化化合物的丰富的预测,”SWRI高级研究科学家克里斯托弗·格勒斯博士,另一名同仁。“我们一定要谨慎,但我发现它令人兴奋地思考,是否可能有奇怪的生活形式,从而利用这些能源来源,这些能源似乎是对烯库的工作的基础。”

对Enceladus的使命现在在概念阶段。美国宇航局’s Enceladus. Life Finder. 是一种向Enceladus发送太阳能轨道器的建议。生命发现者会轨道轨道,但会通过Enceladus反复飞行’蒸气羽毛进行测量。它是在2017年提出的,但未被选中,但这个想法仍然活着。

一个艺术家'Enceladus羽毛的例证。图片信用:NASA / JPL-CALTECH
一个艺术家’Enceladus羽毛的例证。图片信用:NASA / JPL-CALTECH

现在,最后一句话到了作者。在他们的结论中,他们写道:“我们已经表明,除了甲烷化,我们的三种情况下的需氧和/或厌氧反应除外,还可以满足陆地生活的最低自由能量要求,何种血统,并提供维护能量,以支持Enceladus内的细胞生命。”

“因此,在Enceladus海洋和海底的氧化钛氧化剂生产和氧化还原化学能够支持超出甲烷的代谢过程,产生在Enceladus海洋海洋中代谢不同的微生物群落的可能性。”

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一个回复“Enceladus的内部看起来非常适合支持生活”

  1. 谢谢,有趣的补充持续搜索,因为它增加了机会并扩大了推定的生物圈。

    作为比较,众多Vaunted Europa可能有自由能源的问题。 IIRC有本文试图估计从辐照冰面对面的自由基的氧化潜力,并且它们认为它几乎不会在冰/海洋界面处提供薄细菌薄膜。不排除生活,但不是“guaranteeing” it either.

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