Laboratoriumexperimenten op aarde kunnen nu de omstandigheden simuleren waaronder leven zou kunnen ontstaan ​​op Saturnusmaan Enceladus, evenals andere ijzige buitenaardse werelden, volgens nieuw onderzoek gepubliceerd in het septembernummer van het tijdschrift Astrobiologie .

Aangezien er vrijwel overal leven is waar water op aarde is, onderzoekers die buitenaards leven zoeken, richten zich vaak op planeten in de bewoonbare zones van sterren, dat zijn de gebieden rond sterren waar het warm genoeg is voor werelden om water op hun oppervlak te hebben. Echter, in de afgelopen decennia, wetenschappers hebben steeds meer bewijs gevonden voor oceanen - en, mogelijk, leven - verborgen onder de ijzige korsten van plaatsen zoals de manen van Jupiter Europa, Ganymedes en Callisto, en de manen Enceladus en Titan van Saturnus.

Op aarde, het leven wordt vaak verondersteld te zijn ontstaan ​​in de buurt van hydrothermale bronnen, waaronder warmwaterbronnen op het land, evenals kloven in de buurt van onderzeese vulkanen. Veel onderzoek heeft gesuggereerd dat ijzige manen ook actieve hydrothermale ventilatieopeningen op hun oceaanbodem kunnen bevatten. Enceladus is van bijzonder belang omdat gegevens van NASA's Cassini-ruimtevaartuig suggereren dat er activiteit is in de oceaan met temperaturen van meer dan 90 graden Celsius (194 graden Fahrenheit), wat op zijn beurt duidt op geothermische verwarming door hydrothermale ventilatieopeningen.

Momenteel, veel groepen wetenschappers simuleren experimenteel prebiotische chemie - de chemische reacties die tot leven kunnen leiden - in allerlei mogelijke omgevingen, inclusief hydrothermale ventilatieopeningen, gevonden op de jonge aarde en andere werelden zoals Enceladus.

"De vroege aarde toen het leven begon, was zo'n andere planeet dan de aarde die we vandaag kennen, en gesteentemonsters uit die tijd zijn schaars of niet aanwezig, " zegt de hoofdauteur van het onderzoek, Laurie Barge, een astrobioloog bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. "We kunnen veel leren over de laatste gemeenschappelijke voorouder van het leven door het moderne leven te bestuderen, maar om te begrijpen hoe het pad van geochemie naar biochemie oorspronkelijk functioneerde, we hebben geen andere keuze dan de vroege aarde in het laboratorium te simuleren."

Aangezien onderzoekers experimenteel de prebiotische chemie van de aarde simuleren, "waarom niet Enceladus of de andere oceaanwerelden?" zegt Barge. "Het is geweldig dat in het laboratorium, we hebben de mogelijkheid om experimenten te doen die kleine micro-omgevingen zijn van plaatsen die extreem moeilijk zouden zijn, zo niet onmogelijk, te bezoeken of te proeven, zoals de vroege oceaan van de aarde vier miljard jaar geleden, of de mineralen die zich vandaag op de zeebodem van Enceladus kunnen vormen."

Chemische reacties

Een reeks activiteiten die kunnen plaatsvinden in de hydrothermale ventilatiesystemen van ijzige werelden, en die wetenschappers simuleren, zijn reacties tussen water en gesteente. Bijvoorbeeld, in serpentinisering, hydrothermisch water reageert met het mineraal olivijn in de oceaankorst. Serpentinisatie brengt chemicaliën in het water die, wanneer ze reageren met zeewater, kan schoorsteenachtige structuren vormen die, op aarde, misschien organische materialen samen hebben geconcentreerd, zodat leven zou kunnen ontstaan.

Om de chemische reacties te simuleren die kunnen optreden tussen water en gesteente op werelden zoals Europa en Enceladus, verschillende groepen onderzoekers gebruiken zogenaamde "hydrothermische reactoren". Het gaat om twee onder druk staande tanks, een met gesimuleerde hydrothermische vloeistof, het andere gesimuleerde oceaanwater. Bij deze experimenten de vloeistoffen stromen langs een bed met een verscheidenheid aan mineralen, zoals synthetisch vulkanisch gesteente. Wetenschappers kunnen vervolgens de chemicaliën in deze vloeistoffen analyseren om te zoeken naar tekenen van specifieke reacties.

Om de soorten schoorsteenachtige structuren te synthetiseren die te vinden zijn bij veel hydrothermale ventilatieopeningen, onderzoeksteams hebben langzaam met mineralen beladen oplossingen geïnjecteerd in glazen potten gevuld met een vloeistof die lijkt op zeewater. Afhankelijk van de concentraties van de verschillende chemicaliën die worden gebruikt om deze structuren te laten groeien, de schoorstenen kunnen ofwel heuvels zijn met enkele holle centra of "chemische tuinen" met meerdere holle buizen. Volgens Barge en haar collega's, eerdere experimenten hebben aangetoond dat de mineralen in deze structuren kunnen helpen bij het vormen van kleine organische verbindingen uit anorganische bouwstenen.

de druk, temperaturen en samenstellingen van de vloeistoffen en gesteenten in al deze experimenten kunnen eenvoudig worden aangepast aan de omstandigheden op de zeebodem van Enceladus.

"Er is nog steeds veel onzekerheid over de specifieke kenmerken van de omgeving waarin het leven begon, "zegt Barge. "Dus we denken dat de beste strategie om deze vragen in het laboratorium na te streven, is om experimenten te ontwerpen die modulair zijn, wat betekent dat je verschillende ingrediënten en onderdelen kunt vervangen om de effecten van dingen afzonderlijk te testen."

Globaal genomen, onderzoekers kunnen deze experimenten gebruiken om verschillende ideeën te onderzoeken over hoe de chemie in buitenaardse oceanen zou kunnen werken.

"Het is opwindend dat zoveel verschillende groepen werken aan stukjes van dit probleem, and hopefully we will eventually be able to accurately simulate what prebiotic reactions might have taken place on early Earth or on the ocean worlds, " Barge said.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NASA's Astrobiology Magazine. Verken de aarde en daarbuiten op www.astrobio.net.