NASA的实验揭示土卫二和木卫二表面附近可能存在生命迹象

这幅艺术家的印象画描绘了美国宇航局的卡西尼号飞船飞过土星卫星土卫二表面喷出的假定水柱。图片来源：美国宇航局

木星的卫星木卫二和土星的卫星土卫二的冰壳下有海洋的迹象。美国国家航空航天局（NASA）的一项实验表明，如果这些海洋中孕育着生命，那么尽管这些星球上存在着严酷的辐射，以有机分子（如氨基酸、核酸等）形式存在的生命迹象仍可能在表面冰层下存活。如果机器人着陆器被送往这些卫星寻找生命迹象，它们将不必挖得很深就能找到被辐射改变或破坏后幸存下来的氨基酸。

"根据我们的实验，木卫二上氨基酸的'安全'取样深度是在拖曳半球（与木卫二绕木星运动方向相反的半球）的高纬度地区，也就是表面没有受到陨石撞击太大干扰的区域，将近8英寸（约20厘米），"位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的亚历山大-帕夫洛夫说，他是7月18日发表在《天体生物学》（Astrobiology）杂志上的一篇研究论文的第一作者。"在土卫二上检测氨基酸并不需要进行地表下取样--在土卫二表面距离地表不到十分之一英寸（几毫米以下）的任何位置，这些分子都能经受住辐射分解（被辐射分解）"。

沿着土星卫星土卫二南极附近著名的"虎纹"，大大小小的水柱从许多地方喷射出水冰和水蒸气。图片来源：NASA/JPL/空间科学研究所

这些几乎没有空气的卫星的冰冷表面很可能不适合人类居住，这是因为它们受到了困在主行星磁场中的高速粒子和深空强大事件（如恒星爆炸）的辐射。然而，这两颗卫星冰冷的表面下都有海洋，这些海洋在主行星和邻近卫星引力的潮汐作用下被加热。如果这些地表下的海洋拥有其他必需品，比如能源供应以及生物分子中使用的元素和化合物，那么它们就可能孕育生命。

实验方法和结果

研究小组在辐射分解实验中使用氨基酸作为冰卫星上生物分子的可能代表。氨基酸可以由生命产生，也可以由非生物化学产生。然而，在木卫二或土卫二上发现某些种类的氨基酸将是生命的潜在迹象，因为它们被陆地生命用作构建蛋白质的成分。蛋白质对生命至关重要，因为它们被用来制造酶，加快或调节化学反应，并制造结构。地表下海洋中的氨基酸和其他化合物可以通过喷泉活动或冰壳的缓慢搅动运动带到地表。

这幅木星冰卫星欧罗巴的景象是由美国宇航局朱诺号航天器上的公众参与相机JunoCam在2022年9月29日的近距离飞越任务中拍摄的。这张照片是朱诺相机在飞越过程中拍摄的第二、第三和第四张照片的合成图，从第四张照片的视角来看。北面在左侧。这些图像的分辨率略高于每像素 0.5 到 2.5 英里（每像素 1 到 4 公里）。与我们的月球和地球一样，欧罗巴星的一侧始终朝向木星，这就是这里看到的欧罗巴星的一侧。木卫二表面纵横交错着裂缝、山脊和带状区域，这些区域抹去了距今约 9000 万年以前的地形。公民科学家凯文-M-吉尔（Kevin M. Gill）对图像进行了处理，以增强色彩和对比度。图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS, Kevin M. Gill CC BY 3.0

为了评估氨基酸在这些世界上的存活情况，研究小组将氨基酸样品与冷至零下 321华氏度（零下 196摄氏度）的冰混合在密封、不透气的小瓶中，并用不同剂量的伽马射线（一种高能量光）对其进行轰击。由于海洋中可能存在微小生命，他们还测试了死细菌中的氨基酸在冰中的存活情况。最后，他们测试了与硅酸盐尘埃混合的冰中的氨基酸样本，以考虑来自陨石或内部的物质与地表冰混合的可能性。

对未来太空任务的影响

这些实验为确定氨基酸的分解率（称为放射性分解常数）提供了关键数据。有了这些数据，研究小组利用欧罗巴和土卫二冰面的年龄和辐射环境，计算出钻探深度和位置，在这些位置，10% 的氨基酸将在放射性破坏中存活下来。

虽然以前也进行过测试氨基酸在冰中存活的实验，但这是第一次使用较低剂量的辐射来测试氨基酸在冰中的存活情况，因为仅仅改变或降解氨基酸就足以让人无法确定它们是否是潜在的生命迹象。这也是首次利用欧罗巴/土卫二条件评估这些化合物在微生物中存活情况的实验，也是首次测试氨基酸与尘埃混合存活情况的实验。

研究小组发现，氨基酸与灰尘混合后降解速度更快，但来自微生物的氨基酸降解速度较慢。

图中显示的是装入专门设计的干燥器的实验样品，干燥器很快就会充满液氮，并置于伽马射线下。请注意，由于试管在液氮中会产生浮力，并开始在干燥器中漂浮，从而影响适当的辐照，因此火焰密封的试管被棉布包裹在一起。图片来源：Candace Davison

Pavlov说："在类似木卫二和土卫二的表面条件下，生物样本中氨基酸的破坏速度较慢，这为未来木卫二和土卫二着陆器任务进行生命探测测量提供了支持。我们的研究结果表明，在木卫二和土卫二富含二氧化硅的区域，潜在有机生物分子的降解率要高于纯冰区域，因此，未来可能前往木卫二和土卫二的任务在对这两颗冰卫星上富含二氧化硅的位置进行采样时应谨慎行事。"

氨基酸在细菌中存活时间更长的一个潜在解释涉及电离辐射改变分子的方式--直接通过破坏分子的化学键，或间接通过在附近产生反应性化合物，然后改变或分解相关分子。细菌的细胞物质有可能保护氨基酸免受辐射产生的活性化合物的伤害。

编译自/ScitechDaily