Europa, ein Mond des Jupiters, und Enceladus, ein Mond des Saturns, weisen unter ihren Eiskrusten Hinweise auf Ozeane auf. Ein NASA-Experiment legt nahe, dass, wenn diese Ozeane Leben beherbergen, Signaturen dieses Lebens in Form von organischen Molekülen (z. B. Aminosäuren, Nukleinsäuren usw.) trotz der starken Strahlung auf diesen Welten knapp unter dem Oberflächeneis überleben könnten. Wenn Roboterlandegeräte zu diesen Monden geschickt werden, um nach Lebenszeichen zu suchen, müssten sie nicht sehr tief graben, um Aminosäuren zu finden, die die Veränderung oder Zerstörung durch Strahlung überlebt haben.
„Auf der Grundlage unserer Experimente beträgt die ’sichere‘ Probenentnahmetiefe für Aminosäuren auf Europa in hohen Breitengraden der hinteren Hemisphäre (der Hemisphäre, die der Bewegungsrichtung Europas um Jupiter entgegengesetzt ist) in dem Gebiet, wo die Oberfläche noch nicht stark durch Meteoriteneinschläge gestört wurde, fast 20 Zentimeter“, sagte Alexander Pavlov vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt im US-Bundesstaat Maryland, der Hauptautor eines Artikels über die Forschungsarbeit.
„Um Aminosäuren auf Enceladus zu entdecken, sind keine Proben unter der Oberfläche erforderlich. Diese Moleküle überleben die Radiolyse (Zerfall durch Strahlung) an jeder Stelle der Oberfläche von Enceladus, die weniger als ein Zehntel Zoll (weniger als ein paar Millimeter) von der Oberfläche entfernt ist“, fuhr Pavlov fort.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Journal Astrobiologie.
Die eisigen Oberflächen dieser nahezu luftleeren Monde sind wahrscheinlich unbewohnbar, da sie von Hochgeschwindigkeitspartikeln ausgehen, die in den Magnetfeldern ihrer Mutterplaneten gefangen sind, und von gewaltigen Ereignissen im Weltraum, wie explodierenden Sternen. Allerdings haben beide Monde Ozeane unter ihren eisigen Oberflächen, die durch die Gezeiten der Gravitationskraft des Mutterplaneten und der benachbarten Monde erwärmt werden. Diese unterirdischen Ozeane könnten Leben beherbergen, wenn sie andere Voraussetzungen erfüllen, wie etwa eine Energieversorgung sowie Elemente und Verbindungen, die in biologischen Molekülen verwendet werden.
Das Forschungsteam verwendete Aminosäuren in Radiolyseexperimenten als mögliche Vertreter von Biomolekülen auf Eismonden. Aminosäuren können durch Leben oder durch nicht-biologische Chemie entstehen. Das Finden bestimmter Arten von Aminosäuren auf Europa oder Enceladus wäre jedoch ein potenzielles Zeichen für Leben, da sie von irdischem Leben als Bestandteil zum Aufbau von Proteinen verwendet werden.
Proteine sind lebensnotwendig, 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 Geysire oder die langsame, aufgewühlte Bewegung der Eiskruste an die Oberfläche gebracht werden.
Um das Überleben von Aminosäuren auf diesen Welten zu untersuchen, mischte das Team Aminosäureproben mit auf etwa minus 321 Fahrenheit (-196 Grad Celsius) gekühltem Eis in versiegelten, luftleeren Fläschchen und bombardierte sie mit Gammastrahlen, einer Art hochenergetischem Licht, in verschiedenen Dosen. Da die Ozeane mikroskopisches Leben beherbergen könnten, testeten sie auch das Überleben von Aminosäuren in toten Bakterien im Eis. Schließlich testeten sie Aminosäureproben in Eis, das mit Silikatstaub vermischt war, um die mögliche Vermischung von Material von Meteoriten oder dem Inneren mit Oberflächeneis zu untersuchen.
Die Experimente lieferten entscheidende Daten zur Bestimmung der Geschwindigkeit, mit der Aminosäuren zerfallen, sogenannte Radiolysekonstanten. Anhand dieser Daten berechnete das Team anhand des Alters der Eisoberfläche und der Strahlungsumgebung auf Europa und Enceladus die Bohrtiefe und die Stellen, an denen 10 % der Aminosäuren die radiolytische Zerstörung überleben würden.
Obwohl es bereits früher Experimente zum Überleben von Aminosäuren in Eis gab, ist dies das erste Experiment, bei dem niedrigere Strahlungsdosen verwendet werden, die die Aminosäuren nicht vollständig aufbrechen, da eine bloße Veränderung oder Zersetzung ausreicht, um es unmöglich zu machen, festzustellen, ob es sich um potenzielle Lebenszeichen handelt. Dies ist auch das erste Experiment unter Europa/Enceladus-Bedingungen, bei dem das Überleben dieser Verbindungen in Mikroorganismen untersucht wird, und das erste, bei dem das Überleben von Aminosäuren getestet wird, die mit Staub vermischt sind.
Das Team stellte fest, dass Aminosäuren schneller zerfielen, wenn sie mit Staub vermischt waren, jedoch langsamer, wenn sie aus Mikroorganismen stammten.
„Die langsame Zerstörung von Aminosäuren in biologischen Proben unter europa- und enceladusähnlichen Oberflächenbedingungen stützt die Argumente für zukünftige Messungen zur Lebenserkennung durch Europa- und Enceladus-Landermissionen“, sagte Pavlov. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Abbauraten potenzieller organischer Biomoleküle in silikatenreichen Regionen auf Europa und Enceladus höher sind als in reinem Eis. Daher sollten mögliche zukünftige Missionen zu Europa und Enceladus bei der Probenentnahme von silikatenreichen Standorten auf beiden Eismonden vorsichtig sein.“
Eine mögliche Erklärung dafür, warum Aminosäuren in Bakterien länger überlebten, liegt in der Art und Weise, wie ionisierende Strahlung Moleküle verändert – direkt durch Aufbrechen ihrer chemischen Bindungen oder indirekt durch die Bildung reaktiver Verbindungen in der Nähe, die dann das betreffende Molekül verändern oder zersetzen. Es ist möglich, dass bakterielles Zellmaterial Aminosäuren vor den durch die Strahlung erzeugten reaktiven Verbindungen schützte.
Mehr Informationen:
Alexander A. Pavlov et al, Radiolytische Effekte auf biologische und abiotische Aminosäuren in flachen unterirdischen Eisschichten auf Europa und Enceladus, Astrobiologie (2024). DOI: 10.1089/ast.2023.0120