Biologische aminozuren kunnen overleven op Europa en Enceladus
Europa en Enceladus zijn belangrijke doelwitten bij het zoeken naar bewijs van buitenaards leven in ons zonnestelsel. Het oppervlak en de ondiepe ondergrond van deze luchtloze ijzige manen worden echter voortdurend gebombardeerd door ioniserende straling die de chemische biosignaturen zou kunnen aantasten. Daarom vereist bemonstering van ijzige oppervlakken tijdens toekomstige levensdetectiemissies naar Europa en Enceladus een duidelijk begrip van de noodzakelijke ijsdiepte waar ongewijzigde organische biomoleculen aanwezig kunnen zijn. Een team van wetenschappers van de NASA en de Pennsylvania State University heeft experimenten uitgevoerd door individuele biologische en abiotische aminozuren in ijs bloot te stellen aan gammastraling om zo de omstandigheden op deze ijzige werelden te simuleren.
Gebaseerd op hun experimenten is de “veilige” bemonsteringsdiepte voor aminozuren op Europa bijna 20 centimeter op hoge breedtegraden van het achterste halfrond (halfrond tegengesteld aan de richting van Europa’s beweging rond Jupiter) in het gebied waar het oppervlak niet veel verstoord is door meteorietinslagen.
Ondergrondse bemonstering is niet vereist voor de detectie van aminozuren op Enceladus – deze moleculen zullen radiolyse 9afbraak door straling) overleven op elke locatie op het oppervlak van Enceladus op minder dan een paar millimeter van het oppervlak.
De onderzoekers gebruikten aminozuren in radiolyse-experimenten als mogelijke vertegenwoordigers van biomoleculen op ijzige manen.
Aminozuren kunnen worden aangemaakt door het leven of door niet-biologische chemie.
Het vinden van bepaalde soorten aminozuren op Europa of Enceladus zou echter een potentieel teken van leven zijn, omdat ze door het aardse leven worden gebruikt als onderdeel om eiwitten te bouwen.
Eiwitten zijn essentieel voor het leven, omdat ze worden gebruikt om enzymen te maken die chemische reacties versnellen of reguleren en om structuren te maken.
Aminozuren en andere verbindingen uit ondergrondse oceanen kunnen naar de oppervlakte worden gebracht door geiseractiviteit of de langzame kruiende beweging van de ijskorst.
Om de overleving van aminozuren op deze werelden te evalueren mengden de onderzoekers monsters van aminozuren met ijs gekoeld tot ongeveer -196 °C in afgesloten, luchtloze flesjes en bombardeerden ze met gammastraling, een soort hoogenergetische straling, van verschillende doses.
Omdat de oceanen mogelijk microscopisch leven herbergen testten ze ook de overleving van aminozuren in dode bacteriën in ijs.
Ten slotte testten ze monsters van aminozuren in ijs vermengd met silicaatstof om de mogelijke vermenging van materiaal van meteorieten of het binnenste met oppervlakte-ijs.
De experimenten leverden cruciale gegevens op om de snelheid te bepalen waarmee aminozuren worden afgebroken, de zogenaamde radiolyseconstanten.
Hiermee gebruikten de wetenschappers de ouderdom van het ijsoppervlak en de stralingsomgeving bij Europa en Enceladus om de boordiepte en locaties te berekenen waar 100% van de aminozuren radiolytische vernietiging zouden overleven.
Hoewel er al eerder experimenten zijn gedaan om de overleving van aminozuren in ijs te testen is dit het eerste waarbij lagere stralingsdoses werden gebruikt die de aminozuren niet volledig uit elkaar halen, omdat alleen het veranderen of afbreken ervan voldoende is om het onmogelijk te maken om te bepalen of het potentiële tekenen van leven zijn.
Dit is ook het eerste experiment waarbij gebruik wordt gemaakt van Europa/Enceladus-omstandigheden om de overleving van deze verbindingen in micro-organismen te evalueren en het eerste om de overleving van aminozuren vermengd met stof te testen.
De wetenschappers ontdekten dat aminozuren sneller worden afgebroken als ze worden vermengd met stof, maar langzamer als ze afkomstig zijn van micro-organismen.
Lage snelheden van aminozuurvernietiging is biologische monsters onder Europa- en Enceladusachtige oppervlakteomstandigheden versterken de argumenten voor toekomstige levensdetectiemetingen door Europa- en Enceladus-landermissies, aldus de onderzoekers.
De resultaten geven aan dat de snelheid van de afbraak van potentiële organische biomoleculen in silicarijke gebieden op zowel Europa als Enceladus hoger is dan in puur ijs en dat mogelijke toekomstige missies naar Europa en Enceladus dus voorzichtig moeten zijn bij het bemonsteren van silicarijke locaties op beide ijzige manen.
Een mogelijke verklaring voor het feit dat aminozuren langer in bacteriën overleven heeft te maken met de manier waarop ioniserende straling moleculen verandert – direct door hun chemische bindingen te verbreken of indirect door reactieve verbindingen in de buurt te creëren die vervolgens het betreffende molecuul veranderen of afbreken.
Het is mogelijk dat bacterieel celmateriaal aminozuren beschermde tegen de reactieve verbindingen die door de straling werden geproduceerd.
Het artikel van de onderzoekers is in het tijdschrift Astrobiology gepubliceerd.
Artikel: Alexander A. Pavlov et al. 2024. Radiolytic Effects on Biological and Abiotic Amino Acids in Shallow Subsurface Ices on Europa and Enceladus. Astrobiology 24 (7); doi: 10.1089/ast.2023.0120
Eerste publicatie: 19 juli 2024
Bron: NASA/sci-news
