Europa, einer der Monde des Jupiter, und Enceladus, ein Mond des Saturn, weisen Hinweise auf Ozeane unter ihren eisigen Oberflächen auf. Ein NASA-Experiment legt nahe, dass, wenn diese Ozeane Leben unterstützen, Spuren dieses Lebens in Form von organischen Molekülen (z.B. Aminosäuren, Nukleinsäuren usw.) trotz der harschen Strahlung auf diesen Welten knapp unter der Eisoberfläche überleben können. Wenn robotische Lander auf diese Monde geschickt werden, um nach Lebenszeichen zu suchen, müssten sie nicht tief graben, um Aminosäuren zu finden, die Veränderung oder Zerstörung durch Strahlung überlebt haben.

„Basierend auf unseren Experimenten liegt die 'sichere' Probentiefe für Aminosäuren auf Europa bei fast 20 Zentimetern in hohen geographischen Breiten der hinteren Hemisphäre (die Hemisphäre gegenüber der Bewegungsrichtung Europas um Jupiter) in Bereichen, in denen die Oberfläche nicht signifikant durch Meteoriteneinschläge gestört ist,“ sagte Alexander Pavlov vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, Hauptautor der Studie, die am 18. Juli im Journal Astrobiology veröffentlicht wurde. „Eine Probennahme unter der Oberfläche ist nicht notwendig, um Aminosäuren auf Enceladus zu detektieren - diese Moleküle werden die Radiolyse (Zersetzung durch Strahlung) überall auf der Oberfläche von Enceladus in einer Tiefe von weniger als wenigen Millimetern überleben.“

Die kalten Oberflächen dieser fast luftleeren Monde sind wahrscheinlich aufgrund der Strahlung von hochenergetischen Teilchen, die in den Magnetfeldern ihrer Mutterplaneten gefangen sind, und mächtigen Ereignissen im tiefen Weltraum, wie Sternexplosionen, unbewohnbar. Beide Monde haben jedoch Ozeane unter ihren eisigen Oberflächen, die durch Gezeitenkräfte des Gravitationszugs des Mutterplaneten und benachbarter Monde erwärmt werden. Diese unterirdischen Ozeane könnten Leben unterstützen, wenn sie andere notwendige Bedingungen enthalten, wie Energiequellen und Elemente und Verbindungen, die in biologischen Molekülen verwendet werden.

Das Forschungsteam verwendete Aminosäuren in Radiolyse-Experimenten als mögliche Vertreter von Biomolekülen auf eisigen Monden. Aminosäuren können durch Leben oder nicht-biologische Chemie erzeugt werden. Das Finden bestimmter Arten von Aminosäuren auf Europa oder Enceladus wäre jedoch ein potenzielles Zeichen von Leben, da irdisches Leben sie als Bausteine für Proteine verwendet. Proteine sind essentiell für das Leben, da sie zur Herstellung von Enzymen verwendet werden, die chemische Reaktionen beschleunigen oder regulieren, und zur Bildung von Strukturen. Aminosäuren und andere Verbindungen aus unterirdischen Ozeanen könnten durch Geysiraktivität oder langsame Eisvermischung an die Oberfläche gebracht werden.

Um das Überleben von Aminosäuren auf diesen Welten zu bewerten, mischte das Team Aminosäureproben mit Eis, das auf etwa -196 Grad Celsius in verschlossenen, luftleeren Flaschen abgekühlt wurde, und bombardierte sie mit Gammastrahlen, einer Art hochenergetischen Lichts, in verschiedenen Dosen. Da die Ozeane mikroskopisches Leben enthalten könnten, testeten sie auch das Überleben von Aminosäuren in toten Bakterien im Eis. Schließlich testeten sie Aminosäureproben im Eis, das mit silikatischem Staub vermischt war, um eine mögliche Vermischung von Materialien aus Meteoriten oder dem Inneren mit dem Oberflächeneis zu berücksichtigen.

Die Experimente lieferten wichtige Daten zur Bestimmung der Abbauraten von Aminosäuren, die als Radiolyse-Konstanten bezeichnet werden. Anhand dieser Daten berechnete das Team die Bohrtiefe und die Standorte, an denen 10 Prozent der Aminosäuren die radiolytische Zerstörung überleben würden, unter Verwendung des Alters der eisigen Oberfläche und der Strahlungsumgebung auf Europa und Enceladus.

Obwohl bereits Experimente zum Testen des Überlebens von Aminosäuren im Eis durchgeführt wurden, ist dies das erste Mal, dass niedrigere Strahlungsdosen verwendet wurden, die Aminosäuren nicht vollständig abbauen, da alleinige Veränderung oder Degradation ausreicht, um festzustellen, ob sie potenzielle Lebenszeichen sind. Dies ist auch das erste Experiment, das die Bedingungen von Europa/Enceladus verwendet, um das Überleben dieser Verbindungen in Mikroorganismen zu bewerten, und das erste, das das Überleben von Aminosäuren testet, die mit Staub vermischt sind.

Das Team fand heraus, dass Aminosäuren schneller abgebaut werden, wenn sie mit Staub vermischt sind, aber langsamer, wenn sie von Mikroorganismen stammen.

„Langsame Abbauraten von Aminosäuren in biologischen Proben unter den Bedingungen auf der Oberfläche von Europa und Enceladus erhöhen die Chancen für zukünftige Lebensnachweis-Messungen durch Landermissionen zu Europa und Enceladus,“ sagte Pavlov. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Abbauraten potenzieller organischer Biomoleküle in silikatreichen Regionen auf Europa und Enceladus höher sind als im reinen Eis, und daher sollten mögliche zukünftige Missionen zu Europa und Enceladus vorsichtig sein, wenn sie Proben aus silikatreichen Gebieten auf beiden eisigen Monden entnehmen.“

Eine mögliche Erklärung dafür, warum Aminosäuren länger in Bakterien überlebten, umfasst die Arten, wie ionisierende Strahlung Moleküle verändert -- durch direktes Brechen ihrer chemischen Bindungen oder indirekt durch die Erzeugung reaktiver Verbindungen in der Nähe, die dann die Moleküle von Interesse verändern oder abbauen. Es ist möglich, dass bakterielle Zellmaterialien Aminosäuren vor den durch Strahlung erzeugten reaktiven Verbindungen schützten.

Weitere Forschung in diesem Bereich kann helfen, besser zu verstehen, wie diese Prozesse mit potenziellen Lebenszeichen auf Europa und Enceladus zusammenhängen. Dies schließt zukünftige Experimente ein, die noch präzisere Bedingungen auf und unter der Oberfläche dieser Monde simulieren. Darüber hinaus wird die Forschung auf die Analyse anderer organischer Moleküle ausgeweitet, die für die Identifizierung von Lebensspuren von entscheidender Bedeutung sein könnten.

Die Forschung wurde von der NASA unter der Auszeichnungsnummer 80GSFC21M0002 unterstützt, dem Internal Scientist Funding Programm der Planetary Science Division der NASA durch das Fundamental Laboratory Research Arbeitspaket in Goddard und dem Astrobiology NfoLD Preis 80NSSC18K1140 der NASA.

Quelle: National Aeronautics and Space Administration