В нашей Солнечной системе существует ряд планет и спутников, под ледяной коркой которых располагаются океаны. С тех пор, как эти объекты были открыты, ученые размышляют о возможности зарождения жизни в таких условиях. В рамках нового исследования авторы провели моделирование, посвященное выживанию микроорганизмов на Титане, спутнике Сатурна.
Титан является самым большим спутником Сатурна. Согласно информации, полученной в ходе миссии «Кассини», на его поверхности зафиксированы озера, состоящие из углеводородов, а под ледяной оболочкой, по всей вероятности, расположен обширный океан. Отличительной особенностью Титана по сравнению с другими спутниками, содержащими скрытые океаны (Энцеладом, Ганимедом и Европой), является его плотная атмосфера.
Фотохимические процессы, происходящие в атмосфере Титана, приводят к образованию органических соединений, включая сложные структуры. Данные молекулы оседают на поверхность и в озера, создавая органически насыщенный рельеф. Под слоем органической «пыли» находится кора, которая, скорее всего, представляет собой смесь водяного льда и гидрата метана, ее толщина составляет около 100 километров. Ниже предположительно расположен жидкий океан.
На поверхности Титана условия крайне неблагоприятны для существования живых организмов, однако, если органические соединения проникают с поверхности в океан, то в жидкой среде могла возникнуть жизнь. Для успешного развития и размножения примитивным формам жизни требуются два ключевых компонента: вещества, необходимые для создания биомолекул, и энергия, получаемая в результате окислительно-восстановительных процессов.
Исследователи уже провели ряд исследований, посвященных моделированию условий, необходимых для существования жизни на Энцеладе, спутнике Сатурна. С помощью биоэнергетических моделей они попытались определить, какая численность простейших организмов сможет выжить при определенных уровнях доступности элементов и энергии. В новой научной публикации авторы, опубликованной в журнале The Planetary Science Journal, адаптировали метод под условия Титана.
Жизнь на Титане может быть связана с ферментацией. Окислительно-восстановительные процессы нуждаются в веществе, принимающем электроны. Так, при аэробном дыхании этой ролью выполняет кислород, а при анаэробном – нитраты. Ферментация не предполагает наличие внешнего «акцептора» электронов, поскольку электроны передаются продуктам ферментации, например, водороду и ацетатам. Таким образом, органические вещества, образовавшиеся в результате ферментации и попавшие в океан с поверхности, способны служить источником энергии и обеспечивать необходимый углерод.
Авторы недавнего исследования обратили внимание на процесс ферментации глицина, аминокислоты. Это связано с тем, что организмы, использующие глицин в качестве источника энергии посредством ферментации, а также родственные им формы, распространены на Земле с древнейших времен и способны существовать даже в самых неблагоприятных средах.
«Известно, что глицин широко распространен в исходном веществе Солнечной системы. Мы обнаруживаем глицин или его предшественники практически повсеместно: в астероидах, кометах, облаках частиц и газа, из которых формируются звезды и планеты», — объяснил Антонин Аффхолдер является соавтором исследования, проведенного специалистами Аризонского университета в США).
Согласно данным предыдущих исследований, метеориты, достигающие Титана, способны плавить кору, создавая небольшие «озера». Жидкость, содержащая поверхностную органику, такую как глицин, может проникать в скрытый океан через трещины. Однако, как выяснилось в результате недавнего моделирования, этого процесса недостаточно для поддержания океана.
По оценкам ученых, глицина, содержащегося на поверхности Титана, достаточно для обеспечения существования колонии, состоящей из 10 14 — 1017 клеток, или нескольких килограммов «жизни», если считать по углероду, как вычислили авторы новой статьи. В масштабах океана — менее одной клетки на килограмм жидкости.
В целом, океан Титана не подходит для обитания простейших, использующих глицин в процессе ферментации, поскольку недостаточно падает метеоритов. Вероятно, эти «инопланетяне» обитают колониями в районах, где достаточно притока необходимых элементов, например, на нижней стороне коры. Не исключено, что основой их жизнедеятельности служит не глицин, а другие вещества. Для подтверждения выдвинутых предположений требуется больше узнать об органике на Титане.