Wetenschap
Saturnus oceaanmaan Enceladus zou leven kunnen ondersteunen – onderzoekers zijn bezig met het uitzoeken hoe ze daar buitenaardse cellen kunnen detecteren
Van 2004 tot 2017 onderzocht Cassini – een gezamenlijke missie van NASA, de European Space Agency en de Italian Space Agency – Saturnus, zijn ringen en manen. Cassini kwam met spectaculaire bevindingen. Enceladus, met een diameter van slechts 504 kilometer, herbergt een oceaan van vloeibaar water onder zijn ijskoude korst die de hele maan omspant.
Geisers op de zuidpool van de maan schieten gas en ijskorrels, gevormd uit het oceaanwater, de ruimte in.
Hoewel de Cassini-ingenieurs niet hadden verwacht dat ze de ijskorrels zouden analyseren die Enceladus actief uitstraalde, hadden ze wel een stofanalysator in het ruimtevaartuig gestopt. Dit instrument mat de uitgestoten ijskorrels individueel en vertelde onderzoekers over de samenstelling van de ondergrondse oceaan.
Als planetair wetenschapper en astrobioloog die ijskorrels van Enceladus bestudeert, ben ik geïnteresseerd in de vraag of er leven is op deze of andere ijzige manen. Ik wil ook begrijpen hoe wetenschappers zoals ik het kunnen detecteren.
Net als de oceanen van de aarde bevat de oceaan van Enceladus zout, waarvan het grootste deel natriumchloride is, algemeen bekend als keukenzout. De oceaan bevat ook verschillende op koolstof gebaseerde verbindingen en heeft een proces dat getijdenverwarming wordt genoemd en dat energie opwekt in de maan. Vloeibaar water, op koolstof gebaseerde chemie en energie zijn allemaal belangrijke ingrediënten voor het leven.
In 2023 vonden ik en andere wetenschappers fosfaat, een andere levensondersteunende verbinding, in ijskorrels afkomstig uit de oceaan van Enceladus. Fosfaat, een vorm van fosfor, is essentieel voor al het leven op aarde. Het maakt deel uit van DNA, celmembranen en botten. Dit was de eerste keer dat wetenschappers deze verbinding ontdekten in een buitenaardse wateroceaan.
De rotsachtige kern van Enceladus staat waarschijnlijk in wisselwerking met de wateroceaan via hydrothermale ventilatieopeningen. Deze hete, geiserachtige structuren steken uit de oceaanbodem. Wetenschappers voorspellen dat een vergelijkbare omgeving mogelijk de geboorteplaats van het leven op aarde is geweest.
Tot nu toe heeft niemand ooit leven buiten de aarde ontdekt. Maar wetenschappers zijn het erover eens dat Enceladus een veelbelovende plek is om naar leven te zoeken. Dus, hoe gaan we te werk?
In een artikel dat in maart 2024 werd gepubliceerd, voerden mijn collega's en ik een laboratoriumtest uit die simuleerde of stofanalysatorinstrumenten op ruimtevaartuigen sporen van leven in de uitgestoten ijskorrels konden detecteren en identificeren.
Om de detectie van ijskorrels te simuleren terwijl stofanalysatoren in de ruimte deze registreren, hebben we een laboratoriumopstelling op aarde gebruikt. Met behulp van deze opstelling injecteerden we een kleine waterstraal met bacteriële cellen in een vacuüm, waar de straal uiteenviel in druppels. Elke druppel bevatte in theorie één bacteriecel.
Vervolgens schoten we een laser op de individuele druppels, waardoor geladen ionen uit het water en de celverbindingen ontstonden. We hebben de geladen ionen gemeten met behulp van een techniek die massaspectrometrie wordt genoemd. Deze metingen hebben ons geholpen te voorspellen wat stofanalyse-instrumenten op een ruimtevaartuig zouden moeten ontdekken als ze een bacteriële cel in een ijskorrel zouden tegenkomen.
We ontdekten dat deze instrumenten goed werk zouden leveren bij het identificeren van cellulair materiaal. Instrumenten die zijn ontworpen om afzonderlijke ijskorrels te analyseren, moeten bacteriële cellen kunnen identificeren, zelfs als er slechts 0,01% van de bestanddelen van een enkele cel in een ijskorrel van een Enceladus-achtige geiser zit.
De analysatoren zouden een aantal potentiële handtekeningen uit cellulair materiaal kunnen oppikken, waaronder aminozuren en vetzuren. Gedetecteerde aminozuren vertegenwoordigen fragmenten van de celeiwitten of metabolieten, dit zijn kleine moleculen die deelnemen aan chemische reacties in de cel. Vetzuren zijn fragmenten van lipiden waaruit de celmembranen bestaan.
In onze experimenten gebruikten we een bacterie genaamd Sphingopyxis alaskensis . De cellen van deze cultuur zijn uiterst klein:even groot als de cellen die mogelijk in de ijskorrels passen die door Enceladus worden uitgestoten. Naast hun kleine formaat houden deze cellen van koude omgevingen en hebben ze slechts een paar voedingsstoffen nodig om te overleven en te groeien, vergelijkbaar met hoe het leven aangepast aan de omstandigheden in de oceaan van Enceladus waarschijnlijk zou zijn.
De specifieke stofanalysator op Cassini beschikte niet over de analytische mogelijkheden om celmateriaal in de ijskorrels te identificeren. Wetenschappers zijn echter al bezig met het ontwerpen van instrumenten met veel grotere mogelijkheden voor potentiële toekomstige Enceladus-missies. Onze experimentele resultaten zullen de planning en het ontwerp van deze instrumenten bepalen.
Enceladus is een van de belangrijkste doelen voor toekomstige missies van NASA en de European Space Agency. In 2022 kondigde NASA aan dat een missie naar Enceladus de op een na hoogste prioriteit had bij het kiezen van hun volgende grote missies:een Uranus-missie had de hoogste prioriteit.
Het Europese agentschap heeft onlangs aangekondigd dat Enceladus het belangrijkste doelwit is voor zijn volgende grote missie. Deze missie omvat waarschijnlijk een zeer capabele stofanalysator voor de analyse van ijskorrels.
Enceladus is niet de enige maan met een oceaan van vloeibaar water. Jupiters maan Europa heeft ook een oceaan die de hele maan onder zijn ijskoude korst omspant. IJskorrels op Europa drijven boven het oppervlak, en sommige wetenschappers denken dat Europa misschien zelfs geisers zoals Enceladus heeft die korrels de ruimte in schieten. Ons onderzoek zal ook helpen bij het bestuderen van ijskorrels uit Europa.
De Europa Clipper-missie van NASA zal Europa de komende jaren bezoeken. De lancering van Clipper is gepland in oktober 2024 en arriveert in april 2030 bij Jupiter. Een van de twee massaspectrometers op het ruimtevaartuig, de SUrface Dust Analyzer, is ontworpen voor analyse van afzonderlijke ijskorrels.
Onze studie toont aan dat dit instrument zelfs kleine fracties van een bacteriële cel kan vinden, als deze maar in een paar uitgestoten ijskorrels aanwezig is.
Met de plannen voor de nabije toekomst van deze ruimteagentschappen en de resultaten van ons onderzoek zijn de vooruitzichten voor aankomende ruimtemissies die Enceladus of Europa bezoeken ongelooflijk spannend. We weten nu dat wetenschappers met huidige en toekomstige instrumenten moeten kunnen achterhalen of er leven is op een van deze manen.
Aangeboden door The Conversation
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel. 
Ingrediënten voor het leven
Potentieel leven detecteren
Toekomstige missies
