Anzeichen von Leben in einzelnen Eiskörnern aus außerirdischen Monden nachweisbar, zeigt experimentelle Aufbau

22. März 2024

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von der Universität von Washington

Die von Eis bedeckten Ozeane einiger Monde, die Saturn und Jupiter umkreisen, sind Spitzenkandidaten bei der Suche nach außerirdischem Leben. Eine neue, im Labor durchgeführte Studie, die von der Universität von Washington in Seattle und der Freien Universität Berlin geleitet wird, zeigt, dass einzelne, von diesen Himmelskörpern ausgestoßene Eiskörner genug Material enthalten könnten, damit die im Herbst dort eintreffenden Instrumente Anzeichen von Leben erkennen können, falls solches Leben existiert.

"Zum ersten Mal haben wir gezeigt, dass selbst ein winziger Bruchteil zellulären Materials von einem Massenspektrometer an Bord eines Raumfahrzeugs identifiziert werden könnte", sagt der leitende Autor Fabian Klenner, ein Postdoktorand im Bereich Erde- und Raumwissenschaften an der UW. "Unsere Ergebnisse geben uns mehr Vertrauen, dass wir mit den kommenden Instrumenten Lebensformen, die denen auf der Erde ähnlich sind und von denen wir zunehmend glauben, dass sie auf ozeantragenden Monden vorhanden sein könnten, entdecken werden."

Die Open-Access-Studie wurde in Science Advances veröffentlicht. Weitere Autoren im internationalen Team sind von der Open University in Großbritannien; NASA's Jet Propulsion Laboratory; die Universität von Colorado, Boulder; und die Universität Leipzig.

Die Cassini-Mission, die 2017 endete, entdeckte parallele Risse nahe dem Südpol des Saturnmonds Enceladus. Aus diesen Rissen emanieren Fontänen, die Gas und Eiskörner enthalten. Die Europa Clipper-Mission der NASA, die im Oktober starten soll, wird mehr Instrumente mitführen, um einen eisigen Mond von Jupiter, Europa, noch detaillierter zu erforschen.

Zur Vorbereitung auf diese Mission untersuchen Forscher, was diese neue Generation von Instrumenten finden könnte. Es ist technisch verboten, direkt Eispartikel zu simulieren, die mit einer Geschwindigkeit von 4 bis 6 Kilometern pro Sekunde durch den Raum fliegen, um auf ein Beobachtungsinstrument zu treffen, wie es die tatsächliche Kollisionsgeschwindigkeit sein wird.

Stattdessen verwendeten die Autoren einen experimentellen Aufbau, der einen dünnen Strahl von flüssigem Wasser in ein Vakuum sendet, wo er sich in Tröpfchen zersetzt. Sie verwendeten dann einen Laserstrahl, um die Tröpfchen anzuregen und massenspektrometrische Analyse, um nachzuahmen, was die Instrumente an Bord der Raumsonde erkennen werden.

Neu veröffentlichte Ergebnisse zeigen, dass Instrumente, die für zukünftige Missionen, wie der SUrface Dust Analyser an Bord des Europa Clipper, geplant sind, zellulares Material in einem von Hunderttausenden von Eiskörnern erkennen können.

Die Studie konzentrierte sich auf Sphingopyxis alaskensis, ein bakterieller Organismus, der häufig in Gewässern vor Alaska vorkommt. Während viele Studien das Bakterium Escherichia coli als Modellorganismus verwenden, ist dieser einzellige Organismus viel kleiner, lebt in kalten Umgebungen und kann mit wenigen Nährstoffen überleben. All diese Dinge machen es zu einem besseren Kandidaten für potentielles Leben auf den eisigen Monden von Saturn oder Jupiter.

"Sie sind extrem klein, so dass sie theoretisch in Eiskörner passen, die von einer Meereswelt wie Enceladus oder Europa ausgestoßen werden", sagte Klenner.

Die Ergebnisse zeigen, dass diese Bakterien oder Teile von ihnen in einem einzigen Eiskorn nachgewiesen werden können. Unterschiedliche Moleküle landen in verschiedenen Eiskörnern. Die neue Forschung zeigt, dass die Analyse einzelner Eiskörner, in denen Biomaterial konzentriert sein kann, erfolgreicher ist als das Mitteln über eine größere Probe, die Milliarden einzelner Körner enthält.

Eine kürzlich von denselben Forschern geleitete Studie zeigte Hinweise auf Phosphat auf Enceladus. Dieser Himmelskörper scheint nun Energie, Wasser, Phosphat, andere Salze und kohlenstoffbasiertes organisches Material zu enthalten, was es zunehmend wahrscheinlicher macht, dass er Lebensformen ähnlich denen auf der Erde unterstützt.

Die Autoren stellen die Hypothese auf, dass, wenn Bakterienzellen in einer Lipidmembran eingeschlossen sind, wie sie auf der Erde vorkommen, sie auch eine Haut auf der Meeresoberfläche bilden würden. Auf der Erde trägt der Meeresgries zu dem Geruch des Meeres bei. Auf einem eisigen Mond, wo der Ozean mit der Oberfläche verbunden ist (z.B. durch Risse in der Eisschale), würde das Vakuum des Weltraums diesen unterirdischen Ozean zum Kochen bringen. Gasblasen steigen durch den Ozean auf und platzen an der Oberfläche, wo zellulares Material in die Eiskörner innerhalb der Fontäne eingebaut wird.

"Wir beschreiben hier ein plausibles Szenario, wie Bakterienzellen theoretisch in eisiges Material eingebaut werden können, das aus flüssigem Wasser auf Enceladus oder Europa entsteht und dann in den Weltraum ausgestoßen wird", sagte Klenner.

Der SUrface Dust Analyzer an Bord des Europa Clipper wird leistungsfähiger sein als Instrumente auf vergangenen Missionen. Diese und zukünftige Instrumente werden auch zum ersten Mal Ionen mit negativen Ladungen erkennen können, was sie besser geeignet macht, um Fettsäuren und Lipide zu erkennen.

'For me, it is even more exciting to look for lipids, or for fatty acids, than to look for building blocks of DNA, and the reason is because fatty acids appear to be more stable,' Klenner said.

'With suitable instrumentation, such as the SUrface Dust Analyzer on NASA's Europa Clipper space probe, it might be easier than we thought to find life, or traces of it, on icy moons,' said senior author Frank Postberg, a professor of planetary sciences at the Freie Universität Berlin.

'If life is present there, of course, and cares to be enclosed in ice grains originating from an environment such as a subsurface water reservoir.'

Journal information: Science Advances , Nature

Provided by University of Washington