Wetenschap
Tekenen van leven detecteerbaar in een enkel ijskorreltje uitgezonden door buitenaardse manen, zo blijkt uit experimentele opstellingen
"Voor de eerste keer hebben we aangetoond dat zelfs een klein deel van het celmateriaal kan worden geïdentificeerd door een massaspectrometer aan boord van een ruimtevaartuig", zegt hoofdauteur Fabian Klenner, een UW postdoctoraal onderzoeker in de aard- en ruimtewetenschappen. "Onze resultaten geven ons meer vertrouwen dat we met behulp van toekomstige instrumenten levensvormen kunnen detecteren die vergelijkbaar zijn met die op aarde, waarvan we steeds meer geloven dat ze aanwezig zouden kunnen zijn op oceaanmanen."
Het open-accessonderzoek is gepubliceerd in Science Advances . Andere auteurs in het internationale team zijn afkomstig van The Open University in Groot-Brittannië; NASA's Jet Propulsion Laboratory; de Universiteit van Colorado, Boulder; en de Universiteit van Leipzig.
De Cassini-missie die in 2017 eindigde, ontdekte parallelle scheuren nabij de zuidpool van Saturnusmaan Enceladus. Uit deze scheuren komen pluimen tevoorschijn die gas en ijskorrels bevatten. NASA's Europa Clipper-missie, gepland voor lancering in oktober, zal meer instrumenten aan boord hebben om een ijzige maan van Jupiter, Europa, nog gedetailleerder te verkennen.
Ter voorbereiding op die missie bestuderen onderzoekers wat deze nieuwe generatie instrumenten zou kunnen vinden. Het is technisch gezien onbetaalbaar om ijskorrels direct te simuleren die met een snelheid van 4 tot 6 kilometer per seconde door de ruimte vliegen om een observatie-instrument te raken, aangezien de werkelijke botssnelheid gelijk zal zijn.
In plaats daarvan gebruikten de auteurs een experimentele opstelling waarbij een dunne straal vloeibaar water in een vacuüm werd gestuurd, waar het uiteenviel in druppeltjes. Vervolgens gebruikten ze een laserstraal om de druppels te exciteren en massaspectrale analyse om na te bootsen wat instrumenten op de ruimtesonde zullen detecteren.
Nieuw gepubliceerde resultaten laten zien dat instrumenten die op toekomstige missies zullen worden ingezet, zoals de SUrface Dust Analyzer aan boord van de Europa Clipper, celmateriaal kunnen detecteren in één op de honderdduizenden ijskorrels.
De studie concentreerde zich op Sphingopyxis alaskensis, een veel voorkomende bacterie in de wateren voor de kust van Alaska. Hoewel in veel onderzoeken de bacterie Escherichia coli als modelorganisme wordt gebruikt, is dit eencellige organisme veel kleiner, leeft in koude omgevingen en kan overleven met weinig voedingsstoffen. Al deze dingen maken het een betere kandidaat voor potentieel leven op de ijzige manen van Saturnus of Jupiter.
"Ze zijn extreem klein, dus in theorie passen ze in ijskorrels die worden uitgestoten door een oceaanwereld als Enceladus of Europa," zei Klenner.
Uit de resultaten blijkt dat de instrumenten deze bacterie, of delen ervan, in één ijskorrel kunnen detecteren. Verschillende moleculen komen in verschillende ijskorrels terecht. Uit het nieuwe onderzoek blijkt dat het analyseren van afzonderlijke ijskorrels, waar mogelijk biomateriaal geconcentreerd is, succesvoller is dan het middelen van een groter monster met miljarden individuele korrels.
Een recent onderzoek onder leiding van dezelfde onderzoekers toonde bewijs van fosfaat op Enceladus. Dit planetaire lichaam lijkt nu energie, water, fosfaat, andere zouten en op koolstof gebaseerd organisch materiaal te bevatten, waardoor het steeds waarschijnlijker wordt dat het levensvormen ondersteunt die vergelijkbaar zijn met die op aarde.
De auteurs veronderstellen dat als bacteriële cellen zijn ingekapseld in een lipidemembraan, zoals die op aarde, ze ook een huid op het oceaanoppervlak zouden vormen. Op aarde is oceaanschuim een belangrijk onderdeel van zeespray dat bijdraagt aan de geur van de oceaan. Op een ijskoude maan waar de oceaan met het oppervlak is verbonden (bijvoorbeeld door scheuren in de ijsschelp), zou het vacuüm van de ruimte ervoor zorgen dat deze ondergrondse oceaan kookt. Gasbellen stijgen door de oceaan en barsten aan de oppervlakte, waar celmateriaal wordt opgenomen in ijskorrels in de pluim.
"We beschrijven hier een plausibel scenario voor hoe bacteriële cellen in theorie kunnen worden opgenomen in ijskoud materiaal dat wordt gevormd uit vloeibaar water op Enceladus of Europa en vervolgens in de ruimte wordt uitgestoten", aldus Klenner.
De SUrface Dust Analyzer aan boord van de Europa Clipper zal krachtiger zijn dan de instrumenten uit eerdere missies. Deze en toekomstige instrumenten zullen voor het eerst ook ionen met negatieve lading kunnen detecteren, waardoor ze beter geschikt zijn voor het detecteren van vetzuren en lipiden.
"Voor mij is het zelfs nog spannender om naar lipiden of vetzuren te zoeken dan naar bouwstenen van DNA, en de reden is dat vetzuren stabieler lijken te zijn", aldus Klenner.
"Met geschikte instrumenten, zoals de SUrface Dust Analyzer op NASA's Europa Clipper-ruimtesonde, kan het gemakkelijker zijn dan we dachten om leven, of sporen daarvan, te vinden op ijzige manen", zegt senior auteur Frank Postberg, hoogleraar planetaire wetenschappen. aan de Freie Universität Berlijn.
"Als daar natuurlijk leven aanwezig is en het graag opgesloten wil zitten in ijskorrels afkomstig uit een omgeving zoals een ondergronds waterreservoir."