Potrzeba całej szerokiej gamy pierwiastków, aby utrzymać człowieka przy życiu. Ale tylko pięć z nich jest wymaganych przez każdą żywą istotę na Ziemi. Są to wodór, tlen, węgiel, azot i fosfor. Oczywiście sam fakt współistnienia wymienionych pierwiastków nie oznacza, że gdzieś powstało życie. A jedynie, że istnieje do niego budulec.

Enceladus ma wodny ocean i gejzery

Na Enceladusie, księżycu Saturna, występuje ocean wody, dającej dwa pierwsze, czyli wodór i tlen. W dodatku ocean z wody w stanie ciekłym. Jego istnienie pod lodową skorupą odkryła sonda Cassini. Sonda przeleciała nawet przez pióropusze wody, jakie strzelają w kosmos z gejzerów Enceladusa. I to właśnie te dane zainteresowały astrobiologów.

W pióropuszach wodnych zarejestrowano m.in. występowanie amoniaku i metanu. To potwierdza obecność azotu i węgla w wewnętrznym oceanie Enceladusa. Natomiast wodór cząsteczkowy wskazuje na obecność biologicznie dostępnej energii.

Do czego organizmom żywym potrzebny jest fosfor?

Pojawiły się jednak wątpliwości co do fosforu. Oczywiście nie możemy uznawać, że sposób powstania życia na Ziemi jest jedynym możliwym. Jednak z naszej obecnej wiedzy wynika, że brak fosforu znacznie uszczupliłby możliwości powstania samoreplikujących się organizmów.

– Fosfor jest jednym z pierwiastków biogennych na Ziemi. Niezbędnym do zasilania na niej procesów życiowych. Stanowi budulec DNA, RNA czy błon komórkowych. Najnowsze symulacje geochemiczne dotyczące księżyca Saturna, jasno wskazują, iż wraz ze spadkiem pH (kwasowe) i rozpuszczalnością dwutlenku węgla (CO2), czy rozpuszczonego amoniaku i krzemionki, podwyższa się wartość fosforu w różnych postaciach, w zależności od procesów geochemicznych – wyjaśnia Ewa Borowska, oceanografka i astrobiolożka z Extremo Technologies.

Czy na księżycu Saturna jest fosfor?

Jednak artykuł opublikowany we wrześniu tego roku w czasopiśmie naukowym „Proceedings of the National Academy of Sciences” wskazuje, że niedobór fosforu raczej nie będzie problemem. –  Byliśmy wielokrotnie zdumieni odkryciami, jakie umożliwiły nam dane zebrane przez sondę Cassini, która odwiedziła układ Saturna – napisał w oświadczeniu jeden z autorów artykułu, dr Christopher Glein z Southwest Research Institute.

Odniósł się również do wodnego pióropusza, przez który przeleciała sonda. – Dowiedzieliśmy się, że pióropusz ten zawiera prawie wszystkie podstawowe pierwiastki wymagane do istnienia życia, jakie znamy – napisał dr Glein. –  Fosfor jest wyjątkiem, bez bezpośrednich dowodów na jego obecność.

Enceladus ma skaliste jądro, które prawie na pewno zawiera wszystkie pierwiastki występujące we Wszechświecie, w tym również fosfor. W artykule przedstawiono modele interakcji między rdzeniem a oceanem, pozwalające ustalić, czy minerały fosforanowe w skałach mogą być uwalniane do oceanu. Badacze odkryli, że temperatura, ciśnienie i kwasowość są odpowiednie, aby fosforany stały się rozpuszczalne i trafiły do oceanu.

– Z bardzo podobnymi procesami mamy do czynienia przy ziemskich kominach hydrotermalnych. Tam fosfor może być uwalniany ze skał zmienianych hydrotermalnie, w tym poprzez różne procesy, jak np. serpentynizacja – wyjaśnia Ewa Borowska. To proces zastępowania minerałów (np. oliwinu) przez minerały z grupy serpentynu (np. chryzotyl, antygoryt).

Skąd organizmy na Enceladusie mogą czerpać energię?

– Nie możemy również zapomnieć o niezbędnej do podtrzymywania życia energii. Zarówno przy kominach hydrotermalnych, jak i w oceanie sodowym Enceladusa, wyższa temperatura może to ułatwiać. Pomiary sondy Cassini oraz wyniki eksperymentalne sugerują trwającą aktywność hydrotermalną. Na Ziemi wzrost zasolenia na dużych głębokościach oraz wysokie ciśnienie sprawiają, że woda dochodzi do tzw. stanu nadkrytycznego. Wtedy interakcje geochemiczne są zupełnie inne niż na powierzchni Ziemi. Oprócz tego woda wydobywająca się z kominów hydrotermalnych jest także, w zależności od ich typu, kwaśna lub zasadowa – dodaje uczona.

Astrobiolożka wyjaśnia, jak to wyglądało na Ziemi, gdy dostępność fosforu była ograniczona. – Pomimo, że pierwsze datowane sinice – czyli organizmy fotosyntetyzujące – pojawiły się już ok 3.8 mld lat temu, tak naprawdę ich rozprzestrzenianie się było związane właśnie ze zmianami dostępności fosforu. Było tak aż do 2,5 mld lat temu, kiedy mieliśmy do czynienia z tzw. „katastrofą tlenową” na Ziemi i nastąpiła diametralna zmiana jej atmosfery. Czy taki scenariusz mógłby być podobny również na Enceladusie? – zastanawia się Ewa Borowska.

Enceladus powinien zostać przebadany przez kolejną misję

Dane zebrane dzięki sondzie Cassini skłaniają naukowców do porównań i eksperymentów, które mogą zasugerować najbardziej prawdopodobny scenariusz pojawienia się pierwiastków biogennych na Enceladusie. Początek to założenie, że na wczesnym etapie ewolucji w jądrze Enceladusa doszło do stopienia krzemianów. Wówczas powstałyby skały ultramaficzne, jak te w płaszczu ziemskim. Następnie podczas procesów serpentynizacji mogłyby się one zmienić np. w bogate w fosfor apatyty.

Astrobiolodzy mają nadzieję na nową misję, która zbada Enceladusa pod kątem oceny warunków do rozwoju życia. W tej chwili NASA pracuje nad misją na Tytana, inny księżyc Saturna. Rosnące zainteresowanie astrobiologów daje nadzieję na to, że Enceladus stanie się celem kolejnej misji badawczej.

Źródło: PNAS.