Diese Abbildung zeigt einen Querschnitt von Enceladus und zeigt eine Zusammenfassung der Prozesse, die SwRI-Wissenschaftler im Saturnmond modelliert haben. Oxidationsmittel, die im Oberflächeneis entstehen, wenn Wassermoleküle durch Strahlung zerbrochen werden, können sich mit Reduktionsmitteln verbinden, die durch hydrothermale Aktivität und andere Wasser-Gestein-Reaktionen erzeugt werden, wodurch eine Energiequelle für potenzielles Leben im Ozean entsteht. Kredit: SwRI
Modelle weisen auf ein potenziell vielfältiges Stoffwechselmenü bei Enceladus hin
Mit Daten der NASA-Raumsonde Cassini modellierten Wissenschaftler des Southwest Research Institute (SwRI) chemische Prozesse im unterirdischen Ozean des Saturnmondes Enceladus. Die Studien weisen auf die Möglichkeit hin, dass ein abwechslungsreiches Stoffwechselmenü eine potenziell vielfältige mikrobielle Gemeinschaft im flüssigen Wasserozean unter der eisigen Fassade des Mondes unterstützen könnte.
Vor seinem Deorbit im September 2017 untersuchte Cassini die Wolke aus Eiskörnern und Wasserdampf, die aus Rissen auf der eisigen Oberfläche von Enceladus ausbrach, und entdeckte molekularen Wasserstoff, eine potenzielle Nahrungsquelle für Mikroben. Ein neuer Artikel, der im Planetary Science Journal Icarus veröffentlicht wurde, untersucht andere potenzielle Energiequellen.“Der Nachweis von molekularem Wasserstoff (H2) in der Wolke zeigte, dass im Ozean von Enceladus freie Energie verfügbar ist“, sagte Hauptautorin Christine Ray, die Teilzeit am SwRI arbeitet und promoviert. in Physik an der Universität von Texas in San Antonio. „Auf der Erde, aerob oder sauerstoffatmend, verbrauchen Kreaturen Energie in organischer Substanz wie Glukose und Sauerstoff, um Kohlendioxid und Wasser zu erzeugen. Anaerobe Mikroben können Wasserstoff zu Methan verstoffwechseln. Alles Leben kann auf ähnliche chemische Reaktionen destilliert werden, die mit einem Ungleichgewicht zwischen Oxidations- und Reduktionsmittelverbindungen verbunden sind.“
Dieses Ungleichgewicht erzeugt einen potentiellen Energiegradienten, bei dem die Redoxchemie Elektronen zwischen chemischen Spezies überträgt, wobei meistens eine Spezies einer Oxidation unterzogen wird, während eine andere Spezies einer Reduktion unterzogen wird. Diese Prozesse sind für viele Grundfunktionen des Lebens von entscheidender Bedeutung, einschließlich Photosynthese und Atmung. Zum Beispiel ist Wasserstoff eine chemische Energiequelle, die anaerobe Mikroben unterstützt, die in den Ozeanen der Erde in der Nähe von Hydrothermalquellen leben. Am Meeresboden der Erde emittieren hydrothermale Quellen heiße, energiereiche, mineralische Flüssigkeiten, die einzigartige Ökosysteme voller ungewöhnlicher Kreaturen gedeihen lassen. Frühere Forschungen fanden wachsende Hinweise auf hydrothermale Quellen und chemisches Ungleichgewicht auf Enceladus, was auf bewohnbare Bedingungen in seinem unterirdischen Ozean hindeutet.“Wir haben uns gefragt, ob andere Arten von Stoffwechselwegen auch Energiequellen im Ozean von Enceladus liefern könnten“, sagte Ray. „Da dies einen anderen Satz von Oxidationsmitteln erfordern würde, die wir in der Wolke von Enceladus noch nicht entdeckt haben, haben wir eine chemische Modellierung durchgeführt, um festzustellen, ob die Bedingungen im Ozean und im Gesteinskern diese chemischen Prozesse unterstützen könnten.“Zum Beispiel untersuchten die Autoren, wie ionisierende Strahlung aus dem Weltraum die Oxidationsmittel O2 und H2O2 erzeugen könnte und wie die abiotische Geochemie im Ozean und im Gesteinskern zu chemischen Ungleichgewichten beitragen könnte, die Stoffwechselprozesse unterstützen könnten. Das Team überlegte, ob sich diese Oxidationsmittel im Laufe der Zeit ansammeln könnten, wenn Reduktionsmittel nicht in nennenswerten Mengen vorhanden sind. Sie überlegten auch, wie wässrige Reduktionsmittel oder Meeresbodenmineralien diese Oxidationsmittel in Sulfate und Eisenoxide umwandeln könnten.“Wir haben unsere Schätzungen für freie Energie mit Ökosystemen auf der Erde verglichen und festgestellt, dass unsere Werte für aeroben und anaeroben Stoffwechsel insgesamt die Mindestanforderungen erfüllen oder übertreffen“, sagte Ray. „Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Produktion von Oxidationsmitteln und die Oxidationschemie dazu beitragen könnten, mögliches Leben und eine metabolisch vielfältige mikrobielle Gemeinschaft auf Enceladus zu unterstützen.“Nun, da wir potenzielle Nahrungsquellen für Mikroben identifiziert haben, lautet die nächste Frage: „Was ist die Natur der komplexen organischen Stoffe, die aus dem Ozean kommen?““, sagte SwRI-Programmdirektor Dr. Hunter Waite, ein Mitautor des neuen Papiers, unter Bezugnahme auf ein Online-Nature-Papier von Postberg et al. im Jahr 2018. „Dieses neue Papier ist ein weiterer Schritt, um zu verstehen, wie ein kleiner Mond das Leben auf eine Weise aufrechterhalten kann, die unsere Erwartungen völlig übertrifft!“
Die Ergebnisse des Papiers haben auch eine große Bedeutung für die nächste Generation der Exploration.“Ein zukünftiges Raumschiff könnte durch die Wolke von Enceladus fliegen, um die Vorhersagen dieses Papiers über die Häufigkeit oxidierter Verbindungen im Ozean zu testen“, sagte SwRI-Seniorforscher Dr. Christopher Glein, ein weiterer Koautor. „Wir müssen vorsichtig sein, aber ich finde es aufregend, darüber nachzudenken, ob es seltsame Lebensformen geben könnte, die diese Energiequellen nutzen, die für die Funktionsweise von Enceladus von grundlegender Bedeutung zu sein scheinen.”