На Энцеладе нашли сразу две хорошие новости для поиска внеземной жизни

Если где-то рядом с Землёй и стоит искать внеземную жизнь, Энцелад давно находится среди главных кандидатов. Этот небольшой ледяной спутник Сатурна скрывает под поверхностью глобальный океан, а через трещины около южного полюса выбрасывает его содержимое прямо в космос. Теперь сразу два исследования принесли хорошие новости: оказалось, что Энцелад может сам концентрировать потенциальные следы жизни в ледяных частицах, а некоторые земные микроорганизмы способны функционировать в химической среде, напоминающей его океан.

Энцелад имеет диаметр всего около 500 километров, но интерес к нему несоизмерим с размерами. Под ледяной оболочкой находится жидкая вода, контактирующая с каменистым дном. Есть соли, органические соединения, источники химической энергии и признаки гидротермальной активности. Это сочетание делает спутник одной из наиболее привлекательных природных лабораторий астробиологии.

Главное преимущество Энцелада перед многими другими океаническими мирами заключается в том, что до его воды необязательно бурить километры льда. Спутник сам доставляет образцы наружу.

Из длинных трещин в районе южного полюса вырываются водяной пар и ледяные частицы. Аппарат Cassini неоднократно пролетал через эти шлейфы и анализировал отдельные зёрна своим детектором космической пыли. Именно старые данные Cassini стали основой нового исследования.

До сих пор обычно предполагалось, что крошечные капли океанической воды, попадающие в шлейф, замерзают практически мгновенно. Тогда ледяное зерно должно было бы в общих чертах сохранять смесь веществ исходной капли. Но лабораторные эксперименты, моделирование и повторный анализ данных показали более сложную картину.

Капли могут возникать, когда пузырьки газа поднимаются к поверхности подлёдного океана и лопаются. Затем пар увлекает микроскопические брызги вверх по трещинам. Однако замерзают они не мгновенно, а постепенно.

Именно эта задержка принципиально меняет результат. По мере формирования льда растворённые вещества вытесняются из растущей кристаллической структуры и концентрируются в оставшейся жидкости. Причём разные соединения разделяются неодинаково. Даже соли могут сегрегироваться: например, хлорид натрия и карбонат натрия способны концентрироваться в различных областях замерзающей капли.

Дальше начинается ещё более интересный процесс. Ледяные частицы ускоряются внутри трещин примерно до тысячи километров в час. Столкновение со стенками способно раздробить их на микроскопические фрагменты. В результате наружу вылетает уже не просто замороженная капля океана, а множество частиц с очень различным химическим составом.

Для поиска жизни это неожиданно удобно. Обычно химик пытается разделить сложную смесь, чтобы слабый сигнал интересующего вещества не потерялся среди тысяч других соединений. Энцелад, возможно, выполняет часть этой работы самостоятельно.

Если в океане присутствуют биологические молекулы или фрагменты микроорганизмов, они могут оказаться не равномерно размазанными по огромному числу ледяных зёрен, а сильно сконцентрированными лишь в некоторых из них. Большинство частиц ничего необычного не покажет, зато редкое зерно потенциально может содержать относительно чистый и усиленный химический сигнал.

Это важный вывод для будущих миссий. Вместо измерения среднего состава всего шлейфа аппарату выгоднее анализировать множество отдельных частиц. Вероятность найти интересное зерно может быть небольшой, но концентрация вещества внутри него способна сделать обнаружение значительно проще.

Есть и обратная сторона. Если разные вещества сортируются во время замерзания и разрушения капель, отдельная частица уже не является точной миниатюрной копией океана. Чтобы восстановить исходный состав воды, необходимо понимать физику формирования зерна. Новая работа как раз помогает построить такой переводчик между частицей, пойманной в космосе, и океаном подо льдом.

Второе исследование задаёт другой вопрос: даже если Энцелад предоставляет нам удобные образцы, способна ли известная форма жизни вообще работать в настолько необычной воде?

Предполагаемый океан спутника сильно отличается от земных морей. В нём практически нет свободного кислорода, много карбонатов, а среда очень щелочная – оценки pH достигают примерно 10–11. Для большинства привычных организмов это экстремальные условия.

Исследователи воспроизвели подобную геохимию в лаборатории и поместили туда Methanothermococcus okinawensis – земную архею, обитающую вблизи глубоководных гидротермальных систем. Она не нуждается в кислороде и получает энергию посредством метаногенеза, используя водород и углекислый газ и производя метан.

И здесь появился парадоксальный результат. При высоком pH даже в обычной лабораторной среде рост ограничивался недостатком доступного растворённого CO₂. Но в более реалистичной имитации геохимии Энцелада микроорганизм продолжал расти и образовывать метан.

Особенно важен источник водорода. Вода на Энцеладе, вероятно, взаимодействует с породами каменистого ядра. Подобные водно-каменные реакции способны производить молекулярный водород – химическое топливо, которым на Земле пользуются некоторые микроорганизмы в гидротермальных экосистемах.

Это не означает, что Methanothermococcus живёт на Энцеладе или что там вообще обнаружена жизнь. В эксперименте использовали земной организм, сформировавшийся в совершенно другой биосфере. Результат отвечает только на более осторожный вопрос: совместимы ли предполагаемые физико-химические условия спутника хотя бы с некоторыми известными типами анаэробного метаболизма?

Ответ оказался обнадёживающим. Два исследования поэтому дополняют друг друга необычайно удачно. Первое показывает, что потенциальные биосигнатуры из океана могут естественным образом концентрироваться в отдельных ледяных частицах и становиться доступнее для приборов. Второе показывает, что один из древних типов земного метаболизма способен функционировать в лабораторной среде, приближенной к предполагаемой геохимии Энцелада.

Но между «условия допускают жизнь» и «жизнь существует» лежит огромная дистанция. Водород, жидкая вода, органические вещества и подходящая химия ещё не создают организм автоматически. Мы до сих пор не знаем, насколько легко жизнь вообще возникает даже при благоприятных условиях.

Именно поэтому будущая миссия к Энцеладу может стать одним из самых важных астробиологических экспериментов XXI века. Вместо поисков далёкой планеты, где признаки жизни приходится угадывать по слабому спектру атмосферы, здесь можно буквально пролететь сквозь материал внеземного океана.

Cassini не создавался как специализированный охотник за жизнью, однако даже его данные продолжают приносить открытия спустя годы после завершения миссии. Следующее поколение приборов сможет целенаправленно исследовать отдельные ледяные частицы, искать сложные органические соединения и проверять, образуют ли они структуры, которые трудно объяснить одной геохимией.

Возможно, самая впечатляющая особенность Энцелада состоит именно в этом. Человечеству не требуется добраться до его океана – океан сам выбрасывает образцы в космос. А теперь выясняется, что в процессе он, возможно, ещё и сортирует их таким образом, что редкие следы жизни, если они существуют, становятся заметнее.