Met behulp van gegevens van NASA's Cassini-ruimtevaartuig, wetenschappers van het Southwest Research Institute (SwRI) modelleerden chemische processen in de ondergrondse oceaan van Saturnusmaan Enceladus. De onderzoeken wijzen op de mogelijkheid dat een gevarieerd metabool menu een potentieel diverse microbiële gemeenschap in de vloeibare wateroceaan onder de ijzige façade van de maan zou kunnen ondersteunen.

Voorafgaand aan zijn uitloop in september 2017, Cassini bemonsterde de pluim van ijskorrels en waterdamp die losbarstte uit scheuren op het ijzige oppervlak van Enceladus, het ontdekken van moleculaire waterstof, een potentiële voedselbron voor microben. Een nieuw artikel gepubliceerd in het planetaire wetenschappelijke tijdschrift Icarus onderzoekt andere potentiële energiebronnen.

"De detectie van moleculaire waterstof (H2) in de pluim gaf aan dat er vrije energie beschikbaar is in de oceaan van Enceladus, " zei hoofdauteur Christine Ray, die parttime bij SwRI werkt terwijl ze een Ph.D. in natuurkunde aan de Universiteit van Texas in San Antonio. "Op aarde, aëroob, of zuurstofademhaling, wezens verbruiken energie in organisch materiaal zoals glucose en zuurstof om koolstofdioxide en water te creëren. Anaërobe microben kunnen waterstof metaboliseren om methaan te creëren. Al het leven kan worden gedestilleerd tot soortgelijke chemische reacties die verband houden met een onevenwicht tussen oxidatiemiddel en reductiemiddelverbindingen."

Dit onevenwicht creëert een potentiële energiegradiënt, waar redoxchemie elektronen overdraagt ​​tussen chemische soorten, meestal met een soort die oxidatie ondergaat, terwijl een andere soort reductie ondergaat. Deze processen zijn essentieel voor veel basisfuncties van het leven, inclusief fotosynthese en ademhaling. Bijvoorbeeld, waterstof is een bron van chemische energie die anaërobe microben ondersteunt die in de oceanen van de aarde in de buurt van hydrothermale bronnen leven. Op de oceaanbodem van de aarde, hydrothermale ventilatieopeningen geven hete, energierijk, met mineralen beladen vloeistoffen waardoor unieke ecosystemen vol met ongewone wezens kunnen gedijen. Eerder onderzoek vond groeiend bewijs van hydrothermale ventilatieopeningen en chemisch onevenwicht op Enceladus, die zinspeelt op bewoonbare omstandigheden in de ondergrondse oceaan.

"We vroegen ons af of andere soorten metabole routes ook energiebronnen zouden kunnen leveren in de oceaan van Enceladus, Ray zei. "Omdat dat een andere set oxidanten zou vereisen die we nog niet hebben gedetecteerd in de pluim van Enceladus, we hebben chemische modellering uitgevoerd om te bepalen of de omstandigheden in de oceaan en de rotsachtige kern deze chemische processen kunnen ondersteunen."

Bijvoorbeeld, de auteurs bekeken hoe ioniserende straling vanuit de ruimte de oxidanten O2 en H2O2 kon creëren en hoe abiotische geochemie in de oceaan en de rotsachtige kern zou kunnen bijdragen aan chemische onevenwichtigheden die metabolische processen zouden kunnen ondersteunen. Het team overwoog of deze oxidanten zich in de loop van de tijd zouden kunnen ophopen als reductiemiddelen niet in aanzienlijke hoeveelheden aanwezig zijn. Ze hebben ook overwogen hoe waterige reductiemiddelen of zeebodemmineralen deze oxidanten kunnen omzetten in sulfaten en ijzeroxiden.

"We hebben onze schattingen van vrije energie vergeleken met ecosystemen op aarde en vastgesteld dat, algemeen, onze waarden voor zowel aërobe als anaërobe metabolisme voldoen aan of overtreffen de minimumvereisten, " zei Ray. "Deze resultaten geven aan dat de productie van oxidatiemiddelen en oxidatiechemie zouden kunnen bijdragen aan het ondersteunen van mogelijk leven en een metabolisch diverse microbiële gemeenschap op Enceladus."

"Nu we potentiële voedselbronnen voor microben hebben geïdentificeerd, de volgende vraag die moet worden gesteld, is 'wat is de aard van de complexe organische stoffen die uit de oceaan komen?'", zei SwRI-programmadirecteur Dr. Hunter Waite, een co-auteur van het nieuwe artikel, verwijzen naar een online Natuur artikel geschreven door Postberg et al. in 2018. "Dit nieuwe artikel is een nieuwe stap om te begrijpen hoe een kleine maan het leven kan ondersteunen op manieren die onze verwachtingen volledig overtreffen!"

De bevindingen van het artikel zijn ook van groot belang voor de volgende generatie van verkenningen.

"Een toekomstig ruimtevaartuig zou door de pluim van Enceladus kunnen vliegen om de voorspellingen van dit artikel over de overvloed aan geoxideerde verbindingen in de oceaan te testen, " zei SwRI Senior Research Scientist Dr. Christopher Glein, een andere co-auteur. "We moeten voorzichtig zijn, maar ik vind het opwindend om na te denken of er misschien vreemde vormen van leven zijn die profiteren van deze energiebronnen die fundamenteel lijken te zijn voor de werking van Enceladus."