Ανακάλυψη: Γήινα μικρόβια θα μπορούσαν να επιβιώσουν στις ακραίες συνθήκες του Εγκέλαδου

Σύνοψη

• Δύο νέες επιστημονικές δημοσιεύσεις στο περιοδικό Science Advances αναλύουν τον τρόπο με τον οποίο ο δορυφόρος του Κρόνου προετοιμάζει οργανικά δείγματα για μελλοντικές διαστημικές αποστολές, μέσω της διαδικασίας αργής ψύξης των σταγονιδίων του ωκεανού.
• Ερευνητές του Ελεύθερου Πανεπιστημίου του Βερολίνου διαπίστωσαν ότι τα παγωμένα σωματίδια προσκρούουν στα τοιχώματα των ρηγμάτων, διαχωρίζοντας τα άλατα και τις οργανικές ενώσεις σε εξαιρετικά υψηλές συγκεντρώσεις.
• Πειράματα στο εργαστήριο απέδειξαν πως το αρχαίο βακτήριο Methanothermococcus okinawensis μπορεί να επιβιώσει και να αναπτυχθεί στις αλκαλικές συνθήκες του ωκεανού του Εγκέλαδου, χρησιμοποιώντας υδρογόνο από υδροθερμικές αντιδράσεις.
• Τα ευρήματα αυτά διαμορφώνουν τον σχεδιασμό της επερχόμενης αποστολής L4 του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), ενισχύοντας τις πιθανότητες ανίχνευσης εξωγήινης μικροβιακής ζωής με την υπάρχουσα τεχνολογία φασματομετρίας.

Τα σταγονίδια του υπόγειου ωκεανού του Εγκέλαδου δεν παγώνουν ακαριαία όταν έρχονται σε επαφή με το κενό του Διαστήματος, αλλά υποβάλλονται σε μια διαδικασία αργής ψύξης η οποία επιτρέπει τον απόλυτο διαχωρισμό των διαλυμένων αλάτων και των οργανικών υλικών μέσα σε κάθε μεμονωμένο παγωμένο σωματίδιο πριν την εκτόξευση τους.

Καθώς τα αέρια αναδύονται προς την επιφάνεια του υπόγειου ωκεανού, δημιουργούνται φυσαλίδες που σκάνε, σχηματίζοντας μικροσκοπικά σταγονίδια τα οποία παρασύρονται από τους υδρατμούς μέσα από τις ρωγμές του παγωμένου φλοιού. Η παραδοσιακή άποψη της αστροφυσικής κοινότητας υπαγόρευε την άμεση στερεοποίηση αυτών των υδάτινων σωματιδίων κατά την έκθεσή τους στις συνθήκες του διαστήματος, ωστόσο τα νέα δεδομένα από το όργανο Cosmic Dust Analyzer (CDΑ) του διαστημικού σκάφους Cassini ανατρέπουν πλήρως το παραπάνω μοντέλο. Η λεπτομερής ανάλυση αποδεικνύει ότι η σταδιακή πτώση της θερμοκρασίας οδηγεί στον χημικό διαχωρισμό των συστατικών, όπως ακριβώς συμβαίνει σε εξειδικευμένες εργαστηριακές συσκευές φυγοκέντρησης στη Γη, απομονώνοντας τα διάφορα στοιχεία στο εσωτερικό των σταγονιδίων.

Τα στερεοποιημένα πλέον σωματίδια επιταχύνονται σε ταχύτητες που αγγίζουν τα 1.000 χιλιόμετρα ανά ώρα και προσκρούουν βίαια στα παγωμένα τοιχώματα των ρηγμάτων του Νότιου Πόλου, θρυμματιζόμενα σε κομμάτια μεγέθους λίγων μικρομέτρων, προτού εκτοξευθούν εκατοντάδες χιλιόμετρα ψηλά στο κενό. Ο βίαιος θρυμματισμός σημαίνει πρακτικά ότι τα τελικά σωματίδια πάγου που καταλήγουν στο Διάστημα αποτελούνται συχνά από μια εξαιρετικά συμπυκνωμένη και καθαρή ουσία, διευκολύνοντας αφάνταστα το έργο της χημικής ανάλυσης από τα υπερευαίσθητα φασματόμετρα των επερχόμενων διαστημικών βολιστήρων. Ο καθηγητής Frank Postberg επισημαίνει πως ο ίδιος ο δορυφόρος αναλαμβάνει τον πλέον χρονοβόρο χημικό διαχωρισμό των δειγμάτων, προετοιμάζοντας το έδαφος για μια εύκολη ταυτοποίηση πιθανών ιχνών κυτταρικού υλικού.

Η προσαρμοστικότητα των γήινων μικροοργανισμών σε ακραίες συνθήκες

Πειράματα προσομοίωσης του ωκεανού του Εγκέλαδου στο εργαστήριο απέδειξαν ότι το μεθανογόνο αρχαίο Methanothermococcus okinawensis μπορεί να επιβιώσει σε ακραία αλκαλικό περιβάλλον με pH 11, αξιοποιώντας αποκλειστικά το υδρογόνο που παράγεται από υδροθερμικές αντιδράσεις, παρά την παντελή απουσία οξυγόνου.

Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Ludwig-Maximilians του Μονάχου συνεργάστηκαν στενά με την ερευνητική ομάδα του Βερολίνου για να αναδημιουργήσουν με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια τη χημική σύσταση του ωκεανού του Κρόνιου δορυφόρου, ο οποίος χαρακτηρίζεται ιστορικά από εξαιρετικά χαμηλή συγκέντρωση οξυγόνου, άφθονα ανθρακικά άλατα και εξαιρετικά υψηλή αλκαλικότητα που φτάνει τα επίπεδα 10 έως 11 της σχετικής κλίμακας. Εισάγοντας στο σύστημα δοκιμών έναν μικροοργανισμό που εντοπίζεται αποκλειστικά γύρω από τις βαθιές υδροθερμικές αναβλύσεις των γήινων ωκεανών, οι ερευνητές διαπίστωσαν με έκπληξη πως το εξεταζόμενο βιολογικό δείγμα όχι απλώς επιβίωσε, αλλά προσάρμοσε πλήρως τον μεταβολισμό του για να αντισταθμίσει την παντελή έλλειψη διαλυμένου διοξειδίου του άνθρακα στο νερό.

Η παραγωγή μεθανίου συνεχίστηκε με αμείωτο ρυθμό μέσω της κατανάλωσης υδρογόνου, αποδεικνύοντας ότι τα αρχαιότερα και πιο θεμελιώδη μεταβολικά συστήματα του πλανήτη μας διαθέτουν την απαραίτητη βιολογική ευελιξία για να λειτουργήσουν στις σκληρές γεωχημικές συνθήκες ενός εξωγήινου ωκεάνιου περιβάλλοντος. Το σπουδαίο εύρημα διευρύνει σημαντικά τα επιστημονικά όρια της κατοικισιμότητας, υποδεικνύοντας ότι η παρουσία υδροθερμικής δραστηριότητας στον βραχώδη πυθμένα του Εγκέλαδου επαρκεί για να συντηρήσει βασικές μορφές μικροβιακής ζωής, χωρίς να απαιτείται καθόλου η παροχή ενέργειας από το ηλιακό φως.

Ο σχεδιασμός του ESA και η αποστολή L4

Τα νέα δεδομένα για τη φυσική συμπύκνωση των βιοϋπογραφών καθορίζουν τις προδιαγραφές των οργάνων μέτρησης για την επερχόμενη αποστολή κατηγορίας Large (L4) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), η οποία θα στοχεύσει απευθείας στην ανίχνευση εξωγήινων κυτταρικών υλικών στους πίδακες του Εγκέλαδου.

Η αστροβιολογική κοινότητα της Ευρώπης προετοιμάζεται εντατικά για τον σχεδιασμό της κομβικής αποστολής L4, με τα νέα ευρήματα να προσφέρουν τεράστια ανακούφιση στους μηχανικούς συστημάτων, καθώς αποδεικνύεται ξεκάθαρα ότι η υφιστάμενη τεχνολογία φασματομετρίας μάζας επαρκεί για την ταυτοποίηση οργανικών υλικών, εφόσον το ίδιο το ουράνιο σώμα έχει ήδη αναλάβει τον χημικό διαχωρισμό τους κατά τη φάση της εκτόξευσης. Ο πρόσφατα ιδρυθείς ερευνητικός κόμβος CRC 1759, ο οποίος λειτουργεί με χρηματοδότηση από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών (DFG) υπό τον τίτλο «Η Κατοικισιμότητα ως Θεμελιώδης Πλανητική Διαδικασία», συγκεντρώνει τους κορυφαίους πλανητικούς επιστήμονες της γηραιάς ηπείρου που θα αναλύσουν περαιτέρω τους γεωχημικούς μηχανισμούς, διασφαλίζοντας την επιστημονική και τεχνολογική υπεροχή της Ευρώπης στον κρίσιμο τομέα της εξερεύνησης του βαθέος διαστήματος.

Η μελλοντική αποστολή θα απαιτήσει την πτήση ενός υπερσύγχρονου διαστημικού σκάφους σε εξαιρετικά χαμηλό υψόμετρο, προκειμένου να συλλέξει τα μεμονωμένα σωματίδια πάγου καθώς αυτά διαφεύγουν ορμητικά από τα ρήγματα του Νότιου Πόλου, αναλύοντας εκατομμύρια δείγματα σε πραγματικό χρόνο για τον εντοπισμό εκείνου του ελάχιστου κλάσματος που ενδέχεται να κρύβει το απόλυτο μυστικό της μικροβιακής ζωής.