Jupiters ijzige maan Europa is een belangrijk doelwit van astrobiologisch onderzoek omdat het een mogelijk bewoonbare omgeving biedt. Onder zijn 10 km dikke ijskorst bevindt zich een oceaan van vloeibaar water van meer dan 100 km diep. Energie afkomstig van de zwaartekrachtsinteractie van de maan met Jupiter houdt deze oceaan warm.

Theoretisch onderzoek om de microbiële bewoonbaarheid van Europa te evalueren met behulp van gegevens die zijn verzameld uit analoge omgevingen op aarde, is uitgevoerd door een groep Braziliaanse onderzoekers verbonden aan de Universiteit van São Paulo (USP). Ze hebben hun rapport gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

"We hebben de mogelijke effecten van een biologisch bruikbare energiebron op Europa bestudeerd op basis van informatie verkregen uit een analoge omgeving op aarde, " zei Douglas Galante, een onderzoeker aan het Braziliaanse National Synchrotron Light Laboratory (LNLS) en het Astrobiology Research Center (NAP-Astrobio) van het Institute of Astronomy van de Universiteit van São Paulo, Geofysica &Atmosferische Wetenschappen (IAG-USP).

Galante coördineert de studie, dat gericht is op het onderzoeken van plaatsen in Brazilië en Afrika met mogelijke overblijfselen van geochemische en isotopische transformaties die verband houden met de opkomst van multicellulair leven in het Neoproterozoïcum.

In de Mponeng-goudmijn bij Johannesburg, Zuid-Afrika, op een diepte van 2,8 km, vonden de onderzoekers sporen van grote veranderingen die verband houden met de geschiedenis van het leven op aarde, en een aardse context analoog aan Europa. Ze ontdekten dat de bacterie Candidatus desulforudis audaxviator in de mijn overleeft zonder zonlicht door middel van waterradiolyse, de dissociatie van watermoleculen door ioniserende straling.

"In deze zeer diepe ondergrondse mijn lekt water door scheuren die radioactief uranium bevatten, " zei Galante. "Het uranium breekt de watermoleculen af ​​om vrije radicalen te produceren (H+, OH-, en anderen), die de omringende rotsen aanvallen, vooral pyriet (ijzerdisulfide, FeS2), sulfaat produceren. De bacteriën gebruiken het sulfaat om ATP [adenosinetrifosfaat] te synthetiseren, het nucleotide dat verantwoordelijk is voor energieopslag in cellen. Het is voor het eerst dat er een ecosysteem is gevonden dat direct overleeft op basis van kernenergie."

Volgens Galante en collega's, het door bacteriën gekoloniseerde milieu in de Mponeng-mijn is een uitstekende analogie van het milieu dat verondersteld wordt te bestaan ​​op de bodem van Europa's oceaan.

Hoewel de temperatuur aan het oppervlak van Europa bijna het absolute nulpunt is, er is een enorme hoeveelheid thermische energie in de kern, als een effect van Europa's interactie met de krachtige zwaartekracht van Jupiter, waardoor de baan van de satelliet extreem elliptisch is. Dus, Europa draait ofwel extreem dichtbij of vrij ver van de gasreus. De maan ervaart geometrische vervorming als gevolg van de immense getijdenkracht van Jupiter. De energie die vrijkomt door de afwisselende toestanden van verlenging en ontspanning maakt Europa's ondergrond in staat om een ​​oceaan van vloeibaar water te herbergen.

"Echter, het is niet genoeg dat er verwarmd vloeibaar water is, " zei Galante. Volgens de onderzoeker, biologische activiteit is gebaseerd op verschillen in de concentraties van moleculen, ionen of elektronen in verschillende gebieden die een stroom in een bepaalde richting produceren, waardoor het optreden van cellulaire ademhaling, fotosynthese, ATP-productie en andere processen die levende wezens gemeen hebben.

"Hydrothermische emanaties van moleculaire waterstof [H2], waterstofsulfide [H2S], zwavelzuur [H2SO4], methaan [CH4] enzovoort - zijn belangrijke bronnen van chemische onbalans en potentiële factoren van biologische transductie, d.w.z., transformatie van de onbalans in biologisch bruikbare energie, " zei Galante. "Deze hydrothermale bronnen zijn het meest plausibele scenario voor de oorsprong van het leven op aarde."

Onderzoek naar omstandigheden in Europa voor ATP-productie

De groep evalueerde hoe chemische onevenwichtigheden in Europa kunnen worden geïnitieerd door de emanatie van water, wat leidt tot kettingreacties tussen water en chemische elementen die in de korst van Europa worden aangetroffen, maar er is een totaal gebrek aan ondersteunende empirische gegevens. "Daarom hebben we gezocht naar een meer universeel fysiek effect dat zeer waarschijnlijk zou optreden. Dat effect was de actie van radioactiviteit, ' zei Galante.

Hemellichamen in het zonnestelsel met rotsachtige kernen delen dezelfde radioactieve materialen, uitgeworpen in de ruimte door supernova-explosies die de zon en de planeten hebben veroorzaakt. De onderzoekers beschouwden de concentraties van uranium, thorium en kalium op Europa op basis van de hoeveelheden die al op aarde zijn waargenomen en gemeten, in meteorieten en op Mars.

"Van deze bedragen konden we de vrijgekomen energie schatten, hoe deze energie interageert met het omringende water, en de efficiëntie van de radiolyse van water als gevolg van deze interactie bij het genereren van vrije radicalen, ' zei Galante.

Volgens de studie, samen met radionucliden, pyriet is een cruciaal ingrediënt waarvan de aanwezigheid onmisbaar is voor het leven in Europa. "One of the proposals deriving from our study is that traces of pyrite should be looked for as part of any assessment of the habitability of a celestial body, " said Galante. Chances for finding pyrite in a hypothetical mission to Europa are good, since sulfur (S) and iron (Fe) are elements found in abundance across the solar system.

"The ocean bed on Europa appears to offer very similar conditions to those that existed on primitive Earth during its first billion years. So studying Europa today is to some extent like looking back at our own planet in the past. In addition to the intrinsic interest of Europa's habitability and the existence of biological activity there, the study is also a gateway to understanding the origin and evolution of life in the universe."