Достаточно ли на ледяных мирах химических веществ, чтобы поддерживать там жизнь?

https://www.universetoday.com/139399/are-there-enough-chemicals-on-icy-worlds-to-support-life/
  • Перевод


Десятилетиями учёные считали, что под ледяной поверхностью Европы, спутника Юпитера, может быть жизнь. За это время появилось несколько различных свидетельств в пользу того, что этот спутник не одинок. И действительно, в Солнечной системе существует множество «океанических миров», потенциально способных поддерживать жизнь: Церера, Ганимед, Энцелад, Титан, Диона, Тритон, и даже, вероятно, Плутон.

Но что, если на этих мирах не хватает элементов, необходимых для такой жизни, какую мы знаем? В новом исследовании двое учёных из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) решили определить, может ли у океанских миров оказаться дефицит необходимых для жизни элементов. Их выводы могут серьёзно повлиять на теории о существовании жизни в Солнечной системе и за её пределами, не говоря уже о наших способностях изучать жизнь.

Исследование, недавно появившееся в интернете, озаглавлено «Подавлено ли развитие внеземной жизни на мирах с подповерхностными океанами из-за нехватки необходимых для жизни элементов?» Им руководил Манасви Лингам, постдок из Института теорий и вычислений (ITC) Гарвардского университета и CfA при поддержке Абрахама Лоуба – директора ITC, и Фрэнка Бэйрда, младшего профессора наук в Гарварде.


Художественное изображение водной экзопланеты, находящейся у удалённого от нас красного карлика

В предыдущих исследованиях вопросы обитаемости лун и других планет концентрировались вокруг наличия воды. Так было и при изучении планет и спутников внутри Солнечной системы, и так есть при изучении планет, находящихся вне её. Находя новые экзопланеты, астрономы тщательно изучают вопрос того, находится ли эта планета в рамках обитаемой зоны своей звезды.

Это – главный признак того, может ли планета иметь у себя на поверхности жидкую воду. Кроме того, астрономы пытаются получить спектроскопические данные об окружении каменистых экзопланет, чтобы определить, теряет ли планета воду из атмосферы – об этом может говорить наличие молекулярного водорода. Тем временем другие исследования пытаются определить наличие источников энергии, поскольку они также критически важны для существования известных нам форм жизни.

В отличие от них, доктор Лингам и профессор Лоуб рассмотрели вопрос того, каким образом жизнь на океанических планетах может зависеть от доступности ограничивающих питательных веществ (ОПВ) [limiting nutrients]. Какое-то время шли жаркие споры по поводу того, какие именно питательные вещества необходимы для внеземной жизни, поскольку наличие таких веществ может меняться от места к месту и с течением времени. Как написал нам Лингам по электронной почте:

В наиболее общепринятый список элементов, необходимых для жизни известного нам типа, входят водород, кислород, углерод, азот и сера. Кроме того, небольшое количество определённых металлов (например, железа и молибдена) тоже может оказаться ценным для жизни, однако список таких металлов более неопределённый и варьирующийся.


Художественное изображение внутренней части разреза коры Энцелада, показывающий, как гидротермальная активность может приводить к появлению водяных гейзеров на поверхности спутника.

Для исследования Лингам и Лоуб создали модель на основе земных океанов, чтобы определить, может ли процесс появления и исчезновения в океанах ОПВ быть похожим на аналогичные процессы, происходящие на других мирах. На Земле источниками ОПВ служат реки, атмосфера и ледники, а энергию обеспечивает солнечный свет.

Они посчитали, что из всех перечисленных веществ самым важным будет фосфор, и оценили, сколько его и других элементов могут содержать океанические миры с разными исходными условиями. Как пояснил Лингам, логично предположить, что на таких мирах потенциальное существование жизни также будет определяться наличием баланса между притоком и оттоком ОПВ.

«Если оттоки гораздо сильнее притоков, это может говорить о том, что нужные элементы исчезнут относительно быстро. Чтобы оценить мощность притоков и оттоков, мы использовали знания о Земле, совместив их с основными параметрами океанических миров, такими, как pH океана, размер мира и прочее – со всем, что известно из наблюдений и теоретических моделей».

И хотя атмосферные источники для подповерхностных океанов недоступны, Лингам и Лоуб учитывали вклад гидротермальных источников. Свидетельства их существования получены уже для Европы, Энцелада и других океанических миров. Также они рассматривали небиологические источники – такие, как минералы, вымываемые из камней дождями на Земле, или, в случае спутников – океанскими водами.


Художественное изображение возможной геотермальной активности, которая способна идти на дне моря на Энцеладе

Они обнаружили, что на океанических мирах Солнечной системы с большой вероятностью может не хватать ОПВ, по контрасту с водой и энергией.

Мы обнаружили, что запасы фосфора, одного из наиболее важных для жизни элементов по предположениям нашей модели, довольно быстро (по геологическим меркам) исчезают на океанических мирах, имеющих нейтральные или щелочные океаны с гидротермической активностью. Следовательно, из нашей работы следует, что жизнь на таких мирах может существовать в небольших концентрациях (или на небольших временных промежутках), и, следовательно, её довольно трудно будет обнаружить.

Такой вывод, естественно, влияет на миссии, предназначенные для изучения Европы и других спутников во внешней Солнечной системе. Сюда входит и миссия НАСА Europa Clipper, которая должна стартовать в промежутке от 2022 до 2025 года. Зонд должен несколько раз пролететь поблизости от поверхности Европы и попытаться обнаружить биомаркеры в струях гейзеров, поднимающихся с поверхности спутника.

Сходную миссию предлагают направить и к Энцеладу, кроме того, НАСА рассматривает возможность миссии "Дрэгонфлай" для изучения атмосферы, поверхности и метановых озёр Титана. Однако, если исследование Лингама и Лоуба окажется верным, то шансы у этих миссий найти признаки жизни в океанических мирах Солнечной системы будут довольно скудными. Тем не менее, как отметил Лингам, они всё равно верят в необходимость проведения подобных миссий.


Художественное изображение космического аппарата миссии Europa Clipper.

«Хотя наша модель предсказывает, что будущие космические миссии к этим мирам имеют мало шансов успешно обнаружить внеземную жизнь, мы считаем, что их всё равно стоит проводить, — сказал он. – Они дадут прекрасную возможность проверить и подтвердить или опровергнуть ключевые предсказания нашей модели, и собрать больше данных, чтобы улучшить наше понимание океанических миров и их биогеохимических циклов».

Кроме того, как написал Лоуб, это исследование было сконцентрировано на жизни известного нам рода. Если миссии к этим мирам смогут найти источники внеземной жизни, это будет означать, что жизнь может появиться на базе условий и элементов, нам незнакомых. В связи с этим исследование Европы и других океанических миров не только желательны, но и необходимы.

«Наша работа демонстрирует, что такой важный компонент известного нам типа жизни, как фосфор, быстро истощается в подповерхностных океанах, — сказал он. – В результате этого в океанах, которые, как считается, могут существовать под поверхностным льдом Европы или Энцелада, жизни придется нелегко. Если будущие миссии подтвердят низкий уровень фосфора, но при этом обнаружат в этих океанах жизнь, тогда мы узнаем о новом химическом пути для жизни, отличном от земного».

В итоге учёным в поисках жизни во Вселенной приходится использовать подход наименьшего сопротивления. Пока мы не обнаружим жизнь за пределами Земли, все наши обоснованные предположения будут базироваться на такой жизни, что существует у нас на планете. Не могу даже представить лучшего предлога для того, чтобы выбраться отсюда и изучить Вселенную!
Поделиться публикацией
Ой, у вас баннер убежал!

Ну. И что?
Реклама
Комментарии 26
    0
    Интересно, почему именно фосфор?
    Как я понял, изначально вода была необходимым условием, но недостаточным. Теперь нужна вода и фосфор. Завтра какие-нибудь металы подключат (а как в клетках ионный обмен проводить?). А в целом получим набор параметров, которые в нашей системе есть аж на одной планете. Но мерить кислотность — вай нот?
      +1
      Фосфор, видимо, потому что азотистые основания в РНК связаны фосфатной группой. Но тут может иметь место ошибка выжившего, ведь мы имеем то, что имеем на Земле, потому что фосфора было достаточно, а в подледных океанах, где его мало, фосфатная группа вполне может оказаться заменена чем-то иным, например, каким-то соединением серы.
        0
        И опять же таки, если допустить возможность возникновения там жизни, то также следует допустить, что она выработала и механизмы удержания фосфатов.
          0
          В конце концов была статья про возможную жизнь на титане. там всевертелось вокруг принципиальной возможности существования клеточных мембранн. И ЕМНИП про фосфор там не говорилось…
          0
          Кстати, вот что Хабр рекомендует в похожих публикациях за 2010 год:
          Выяснилось, что бактерия, найденная в «ядовитом» озере Mono, в Калифорнии, не просто умудряется питаться мышьяком, что само по себе уникально. Бактерия, названная GFAJ-1, использует мышьяк в своих цепочках ДНК, РНК, протеинах и клеточной мембране. До последнего времени такое считалось в принципе невозможным, поскольку все известные науке организмы на планете Земля, от бактерий и заканчивая крупными млекопитающими, используют в своих ДНК следующие шесть компонентов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и серу. И тот факт, что обнаруженная бактерия вместо фосфора может использовать мышьяк, ядовитый практически для всех остальных живых существ планеты, основательно взбудоражил научное сообщество.

          Так что не все так однозначно с фосфором
            0
            Ну то такое. Проблема в том, что фосфор может организовывать устойчивые высокоэнергетические связи. А мышьяк не может. В 2012-м году эти GFAJ-1 изучили более подробно, и пришли к выводу, что она может выживать в мышьяковой среде, может удерживать мышьяк, но использовать его вместо фосфора она не может, и без фосфора не выживает.
              0
              Тут скорей дело в том, что заиметь новые биохимические циклы базирующиеся на мышьяке бактерия может, а вот переключить существующие — нет, потому как для этого нужно минимум две одновременных мутации
              0
              «Мышьяковая жизнь» была позже опровергнута более корректными экспериментами:
              Из двух культур штамма, одна из которых была выращена в условиях избытка мышьяка, а вторая — при его отсутствии, была выделена ДНК. В результате масс-спектрометрии образцов мышьяк не был обнаружен ни в одной из проб. Таким образом, было доказано, что мышьяк не встраивается в ДНК бактерии GFAJ-1. Наличие мышьяка в работах Вольф-Саймон объяснялось небрежными методами очистки.
                0
                Заметим — «была выделена ДНК». Т.е. мышьяка нет в ДНК (а также в энергоцикле всё та же АТФ)
                В остальной части клетки он запросто есть.
                  0
                  Ключевой момент тут в том, что если мышьяка нет в энергетике и в ДНК, то его нет и в РНК, и в рибосомах и т.д., и как следствие, он клетке в общем-то и не нужен для жизнедеятельности. Даже если он в ней и содержится.
                    0
                    Штамм прекрасно размножается в среде, лишённой мышьяка (см. выше), то есть, для функционирования клетки он не нужен.
                      0
                      Ну дык — клетка вполне может без него обходиться, но почему-то предпочитает жить там где его много.
                      Значит, зачем-то он ей нужен.
                        0
                        Есть, например, больничные бактерии, живущие там, где активно пользуются антибиотиками — и это не потому, что им нужны для существования антибиотики, а потому, что приспособились к среде, активно убивающей конкурентов. Так и мышьяк нужен бактериям именно для расчистки экологической ниши, а не для метаболизма.
              +1
              Фосфор нужен для РНК и ДНК, а так-же АТФ, которую используют все живые существа на земле для энергии.
              АТФ

              0
              Если CNOH скорей всего абсолютно необходимы для любой жизни, то сера и фосфор ещё не факт.
              Да, на Земле жизнь их активно использует — но например есть бактерии которые заменили фосфор в части биохимических процессов мышьяком.
              Но аналогом фосфора «в другую сторону» является азот, а серы — кислород. Они в органике наверняка будут…
                0
                но например есть бактерии которые заменили фосфор в части биохимических процессов мышьяком.

                Это уже опровергли, исследования показали, что у бактерий GFAJ-1 энергетика построена на таких же фосфатах, как и у всех остальных бактерий.
                  0
                  Да, энергетика на фосфатах. А вот ряд других процессов на мышьяке.
                  0
                  Фосфор еще можно, возможно, ванадием заменить — ванадий конечно в своей восстановленной металлической форме на фосфор совсем не похож (говорят, на вид напоминает углеродистую сталь) но в степени окисления +5 его оксоанионы на фосфаты весьма похожи, по крайней мере больше чем азот/нитраты.
                  0
                  Никогда не мог понять, почему люди ищут воду: неужели жизнь может быть реализована только на базе органики? Ведь «носитель» в этом вопросе имеет 39- ое значение.
                    +2
                    С огромной вероятностью — да, только органика. Углерод имеет беспрецедентно богатую химию и очень распространен. То же самое с водой: в космосе ее полно, и она хорошо подходит как нужный жизни полярный растворитель. Теоретически может подойти еще жидкая углекислота, ее тоже много, и химические реакции в ней идут с хорошей скоростью.
                      –3
                      Вы похожи на программистов С#, которые заявляют, что хорошую программу можно написать только на С# :)
                      +1
                      На самом деле всё просто: водород самый активный (эффективный) окислитель, как следствие вода второй по эффективности растворитель из всех веществ обнаруженных на данных момент, при этом это очень простая молекула и она создаётся звёздами в больших объёмах, а первый по эффективности растворитель серная кислота — сложное соединение и очень химически агрессивное. Т. е. вода является наиболее вероятной базой для раствора веществ в ней и как следствие образования сложных устойчивых соединений в ходе случайного перемешивания в течении длительного времени.
                        +1
                        На самом деле всё просто: водород самый активный (эффективный) окислитель

                        У вас в школе двойка по химии была? * фэйспалм *
                        Всё напутали!
                        Водород — восстановитель
                        Кислород — окислитель
                        Самый активный окислитель — это Фтор
                        Но фтор — настолько редок во вселенной, что вряд ли, где есть океан из плавиковой кислоты (HF). Так что остаётся вода (H2O) — как самый распространённый растворитель.
                          0
                          Аммиак и метан не менее распространены.
                          Хотя и в иных температурных диапазонах.
                    0

                    Если оттуда гейзеры вырываются, значит под 5км льда должно быть какое-то давление.
                    Нет ли данных по этой теме?

                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                    Самое читаемое