Élet a Szaturnuszon? Lehet, de nem ma

Két, egyszerre megjelent tanulmány is közelebb vihet annak megválaszolásához, hogy létezhet-e élet a Szaturnusz Enceladus nevű holdjának jégpáncélja alatt. A Science Advances folyóiratban közölt kutatások természetesen nem földön kívüli élőlényeket fedeztek fel, azonban jóval többet állapítottak meg annál, hogy „ott van víz, tehát akár élet is lehet”. Az egyik vizsgálat azt mutatja meg, hogy az Enceladus rejtett óceánjában fennállhatnak egy ősi mikrobiális anyagcseréhez szükséges feltételek, a másik pedig azt, hogy ha valóban élnek mikroorganizmusok a mélyben, akkor a hold gejzírjei olyan formában juttathatják ki nyomaikat a világűrbe, amelyet a ma rendelkezésünkre álló műszerekkel is fel lehetne ismerni.

Az Enceladus mindössze körülbelül ötszáz kilométer átmérőjű, felszínét vastag jégkéreg borítja, alatta azonban globális, sós vizű óceán rejtőzik. A hold déli pólusa közelében hosszú repedések szabdalják a jeget, ezeken keresztül vízgőzből és jégszemcsékből álló gejzírek lövellnek több száz kilométer magasra. Az anyag egy része később a Szaturnusz E-gyűrűjébe kerül, így egy űrszondának még le sem kell szállnia a hold felszínére, átfúrnia magát a jégpáncélon, majd valamilyen miniatűr tengeralattjárót leengednie az óceánba: elég lehet átrepülnie a gejzíreken, és menet közben begyűjtenie azokat a jégdarabokat, amelyeket az Enceladus gyakorlatilag ingyen kiküld a laboratórium elé. Pontosan ezt tette az NASA Cassini űrszondája is, amely 2004 és 2017 között vizsgálta a Szaturnuszt, annak gyűrűit és holdjait. A Cassini kozmikus poranalizátora a kirepülő jégszemcsék összetételét mérte, a műszer adatai pedig már korábban is kimutatták, hogy az Enceladus óceánja sókat, foszfátokat, szerves vegyületeket és molekuláris hidrogént tartalmaz. Ezek önmagukban nem bizonyítják az élet jelenlétét, de együttesen arra utalnak, hogy a jég alatt nem egyszerűen nagy mennyiségű víz található, hanem egy geológiailag és kémiailag aktív óceán, amelynek fenekén a víz kölcsönhatásba léphet a kőzetekkel.

Frank Postberg, a Berlini Szabadegyetem bolygókutatója és nemzetközi kutatócsoportja most a Cassini által rögzített közel ezer, sóban gazdag jégszemcse tömegspektrumát vizsgálta újra. A kutatók legalább öt alapvető kémiai típust különítettek el: egyes szemcsékben főként nátrium-klorid, másokban nátrium-karbonát, nátrium-foszfát, nátrium-hidroxid vagy káliumsók domináltak. Ez azért volt meglepő, mert ha az óceánból kiszakadó mikroszkopikus vízcseppek azonnal megfagynának, akkor nagyjából mindegyik szemcsének az óceán egyenletesen elkevert, miniatűr mintáját kellene tartalmaznia. Ehelyett a Cassini kémiailag feltűnően eltérő szemcséket talált. A kutatócsoport laboratóriumi fagyasztási kísérletekkel és termodinamikai számításokkal rekonstruálta, mi történhet a jégkéreg repedéseiben. Eredményeik szerint az óceánból kiszakadó nagyobb, akár több száz mikrométeres cseppek nem feltétlenül fagynak meg azonnal. Miközben lassan haladnak felfelé a jégben húzódó csatornákban, fokozatosan hűlnek, a bennük oldott különböző sók pedig eltérő hőmérsékleten kezdenek kikristályosodni. A csepp belsejében így különválnak egymástól a nátrium-, kálium-, klorid-, karbonát- és foszfáttartalmú részek, vagyis természetes kémiai szeparáció megy végbe.

A félig vagy teljesen megfagyott cseppeket ezután a repedéseken keresztül feltörő gázáram másodpercenként több mint százméteres sebességre gyorsítja. A jégcsatornák falának ütközve apró darabokra törnek, és a keletkező mikrométeres szemcsék közül sok már nem az óceán teljes vegyi keverékét, hanem valamelyik összetevőt erősen feldúsulva tartalmazza. Magyarán az Enceladus nem egyszerűen kilövelli óceánjának vizét a világűrbe, hanem a fagyasztás és a töredezés során részben alkotóelemeire is válogatja azt. Ez különösen fontos lehet az élet keresésénél: ha egy óceáni vízcsepp mikrobiális sejtanyagot, sejthártyadarabokat, összetett szerves molekulákat vagy más biológiai eredetű anyagot tartalmazna, ezek a fagyás során elkülönülhetnének a sók nagy részétől. A széthasadás után csak kevés jégszemcsébe kerülnének bele, azokban viszont viszonylag tisztán és magas koncentrációban maradhatnának meg. Egy jövőbeli űrszondának ezért sok egyedi szemcsét kellene megvizsgálnia, de ha sikerülne elkapnia egy ilyen részecskét, a biológiai eredetre utaló molekulákat a már ma is létező tömegspektrométeres technológiával fel lehetne ismerni.

„Az Enceladus valójában elvégzi helyettünk a munka jelentős részét”

– fogalmazott Postberg. A hold úgy készíthet természetes, vegyileg szétválasztott mintákat, ahogyan azt egy földi laboratóriumban csak komoly előkészítéssel lehetne megoldani. Ez persze nem jelenti azt, hogy bármelyik Cassini által észlelt szemcse életet tartalmazott, csupán azt, hogy egy megfelelőbb műszerekkel felszerelt új szonda sokkal jobb esélyekkel kereshetné a bioszignatúrákat, mint azt eddig feltételezték.

A második tanulmány azt vizsgálta meg, hogy egyáltalán elképzelhető-e mikrobiális élet az Enceladus óceánjának meglehetősen barátságtalan környezetében.

A müncheni Ludwig Maximilian Egyetem kutatói laboratóriumban hozták létre a hold feltételeinek modelljét: szinte teljesen oxigénmentes, erősen lúgos, 10–11-es pH-értékű, karbonátban gazdag vizet állítottak elő, majd azt is utánozták, ahogyan az óceánfenék kőzetei és a víz közötti hidrotermális reakciók molekuláris hidrogént termelhetnek. Ebbe a környezetbe helyezték a Methanothermococcus okinawensis nevű egysejtűt. Ez nem baktérium, hanem egy metántermelő archaea, amelyet a Földön mélytengeri hidrotermális kürtők közelében fedeztek fel. Oxigénre nincs szüksége: energiáját hidrogén felhasználásával szerzi, a szén-dioxidot pedig metánná alakítja. Hasonló anyagcsere a földi élet legősibb ismert energiatermelő folyamatai közé tartozhat.

A kutatókat meglepte az eredmény.  A mikroorganizmus a megszokott laboratóriumi táptalajban nem tudott életben maradni az Enceladusra jellemző magas pH-értéken, mert ilyen lúgos közegben túl kevés szabad szén-dioxid állt rendelkezésére. A hold óceánjának teljesebb kémiai modelljében azonban nemcsak túlélte a körülményeket, hanem szaporodott és metánt termelt egészen pH 11-ig, jóval meghaladva korábban ismert tűrőképességét. Génműködésének elemzése szerint az archaea átállította az anyagcseréjét, és rendkívül kis koncentrációban is képes volt összegyűjteni a szén-dioxidot, miközben energiaforrásként kizárólag a kőzet és a víz reakciójával keletkező hidrogént használta. Ez továbbra sem bizonyítja, hogy az Enceladus óceánjában élőlények úszkálnak. A kísérletben egy földi mikroorganizmust helyeztek egy laboratóriumban létrehozott modellkörnyezetbe, és az óceán tényleges hőmérsékletéről, nyomásviszonyairól, helyi összetételéről, történetéről, illetve az élet kialakulásának lehetőségéről továbbra is rengeteget nem tudunk. A vizsgálat azonban megszüntetett egy fontos elméleti akadályt: bebizonyította, hogy az Enceladus feltételezett geokémiája nem zárja ki a hidrogénnel táplálkozó, metánt termelő mikrobiális életet még a rendkívül lúgos és szén-dioxidban szegény környezetben sem.

A két tanulmány ezért együtt igazán jelentős. Az egyik szerint az Enceladus mélyén lévő óceán képes lehet fenntartani egy egyszerű, ősi típusú anyagcserét, a másik pedig megmutatja, hogyan juthatnának el egy ilyen életforma kémiai nyomai a több tíz kilométer vastag jégpáncél alól közvetlenül egy űrszonda műszereihez. Az első tehát a lakhatóságról, a második a kimutathatóságról szól; egyik sem jelenti az élet felfedezését, együtt azonban lényegesen javítják annak esélyét, hogy egy következő küldetés érdemi választ adjon a kérdésre. Az eredmények az Európai Űrügynökség tervezett L4 küldetése szempontjából is különösen fontosak. Az ESA a Voyage 2050 program első nagy küldetéseként olyan expedíciót készít elő, amely a Szaturnusz rendszerét és kiemelten az Enceladust vizsgálná, célzottan keresve az életre utaló nyomokat. A koncepció jelenleg még fejlesztési szakaszban van, de az ESA már megkezdte a szükséges műszerek és technológiák előkészítését, beleértve egy olyan leszállóegység lehetőségét is, amely a hold déli pólusának közelében vizsgálhatná meg a visszahulló jéganyagot. Az Enceladus ezzel tovább erősítette helyét a Naprendszer legígéretesebb asztrobiológiai célpontjai között. A Marson az esetleges élet nyomait mélyre kell ásva keresni, a Jupiter Europa nevű holdjának óceánját vastag jégpáncél zárja el, az Enceladus azonban folyamatosan mintákat küld saját belsejéből a világűrbe. Ha él valami odalent, lehetséges, hogy nem nekünk kell megtalálnunk az utat hozzá: az Enceladus már most is elénk szórja a bizonyítékokat – csak olyan űrszondát kell küldenünk, amely képes felismerni őket.

Ugar