نشانه‌های حیات در قمر زحل

انسلادوس، یکی از قمر‌های بزرگ زحل، نظر ستاره‌شناسانِ در جست‌وجوی حیات را به خود جلب کرده است. بیشترین اطلاعاتی که درباره انسلادوس داریم، متعلق به اطلاعات ماموریت کاسینی است. کاسینی در سال ۲۰۱۷، به اکتشافات خود در قمر‌های زحل پایان داد، اما دانشمندان هنوز در حال کا روی داده‌های این ماموریتند.

تحقیقات جدید بر اساس داده‌های کاسینی این ایده را تقویت می‌کند که انسلادوس دارای ترکیبات شیمیایی ضروری برای حیات است. کاسینی در طول ماموریت خود، توده‌های آبفشان‌مانندی را کشف کرد که از میان پوسته یخی انسلادوس فوران می‌کردند. در سال ۲۰۰۸، کاسینی یک پرواز نزدیک انجام داد و ستون‌ها را با تحلیلگر غبار کیهانی (CDA) آنالیز کرد. CDA نشان داد که آب در توده‌ها حاوی ترکیب شگفت‌انگیزی از مواد فرار، از جمله دی‌اکسید کربن، بخار آب و مونوکسید کربن است. همچنین تحلیلگر غبار کیهانی کاسینی مقادیر کمی نیتروژن مولکولی، هیدروکربن‌های ساده و مواد شیمیایی آلی پیچیده را یافت.

مقاله جدیدی با عنوان «مشاهدات ترکیب عنصری انسلادوس مطابق با مدل‌های تعمیم یافته اکوسیستم‌های نظری» یافته‌های جدیدی درباره این قمر زحل ارائه می‌دهد. نویسنده اصلی دانیل موراتوره، فوق دکترای موسسه سنتا فه است.

این تحقیق روی کشف آمونیاک و فسفر معدنی در اقیانوس انسلادوس متمرکز است. محققان از تئوری و مدلسازی اکولوژیکی و متابولیک استفاده کردند تا بفهمند چگونه این مواد شیمیایی می‌توانند انسلادوس را به سیاره‌ای پشتیبان حیات تبدیل کنند. نویسندگان می‌گویند: «علاوه بر گمانه‌زنی‌ها در مورد غلظت آستانه ترکیبات فعال زیستی برای حمایت از اکوسیستم‌ها، نظریه متابولیک و اکولوژیکی می‌تواند یک لنز تفسیری قدرتمند برای ارزیابی سازگاری محیط‌های فرازمینی با اکوسیستم‌های زنده ارائه دهد.»

یکی از مولفه‌های حیاتی نظریه اکولوژیک «نسبت ردفیلد» است. این نام به افتخار اقیانوسشناس آمریکایی آلفرد ردفیلد گرفته شده است. در سال ۱۹۳۴، ردفیلد نتایجی را منتشر کرد که نشان می‌داد نسبت کربن به نیتروژن به فسفر (C:N:P) به طور قابل‌توجهی در سراسر زیست‌توده اقیانوس‌ها به شکل ۱۰۶:۱۶:۱ سازگار است. سایر محققان دریافتند که این نسبت بسته به منطقه و گونه‌های فیتوپلانکتون موجود، اندکی تغییر می‌کند. تحقیقات جدیدتر نسبت را به ۱۶۶:۲۲:۱ اصلاح کرد.

بیشتربخوانید

نسبت ردفیلد یک وحدت قابل توجه بین شیمی موجودات زنده در اعماق اقیانوس و شیمی خود اقیانوس نشان می‌دهد. او پیشنهاد کرد که تعادلی بین آب اقیانوس و مواد مغذی پلانکتون‌ها وجود دارد که بر اساس بازخورد زیستی است. او یک چارچوب شیمیایی برای مواد مغذی و زندگی ساده توصیف کرد.

حالا چگونه کشف آمونیاک و فسفر در اقیانوس انسلادوس با نسبت ردفیلد و پتانسیل بیولوژیکی انسلادوس ارتباط دارد؟ نسبت ردفیلد در سراسر شجره حیات روی زمین گسترده است. نویسندگان مقاله جدید می‌نویسند: «به دلیل این که ظاهرا همه جا می‌توان آن را دید، نسبت ردفیلد به عنوان نشانه هدف برای تشخیص حیات اختربیولوژیکی، به ویژه در جهان‌های اقیانوسی‌مانند قمر‌های اروپا و انسلادوس در نظر گرفته شده است. وقتی نوبت به حیات می‌رسد، تنها چیزی که باید به آن بپردازیم زمین است؛ بنابراین معقول است که از جنبه‌های اساسی شیمی حیات در زمین به عنوان عدسی‌ای استفاده کنیم که از طریق آن بتوان دیگر جهان‌های بالقوه حامی حیات را بررسی کرد.»

تجزیه و تحلیل داده‌های کاسینی از ستون‌های آبفشان انسلادوس نشان می‌دهد که سطح بالایی از فسفات معدنی در اقیانوس آن وجود دارد. سایر شبیه‌سازی‌های ژئوشیمیایی بر اساس یافته‌های کاسینی نیز همین موضوع را نشان می‌دهد. نویسندگان توضیح می‌دهند: «این گزارش‌های مربوط به فسفر، دنباله کار‌های قبلی است که اجزای عنصری متعدد حیات زمینی (C، N، H، O) را از ستون انسلادوس شناسایی می‌کند. حتی تجزیه و تحلیل بیشتر نشان می‌دهد که اقیانوس حاوی بسیاری از مواد شیمیایی رایج در موجودات زنده مانند پیش ساز‌های اسید آمینه، آمونیوم و هیدروکربن‌ها است.»

بنابراین اقیانوس انسلادوس دارای شیمی‌ای غنی است و بسیاری از مواد شیمیایی آن، ساختار‌های پشتیبان حیات هستند. به طور خاص، یک فرضیه در حال ظهور وجود دارد که انسلادوس می‌تواند از متانوژن‌ها (میکروب‌هایی از شاخه باستانیان که در شرایط بی‌هوازی، گاز متان را به عنوان محصول حتمی متابولیسم تولید می‌کنند) پشتیبانی کند. آرکی‌های زمین (Archaeas) متانوژنز را در محدوده وسیعی از شرایط محیطی مختلف روی زمین انجام می‌دهند و این کار را برای بیش از سه میلیارد سال انجام داده و بقای خود را تثبیت کرده‌اند. مدل‌سازی بیوشیمیایی نشان می‌دهد که متانوژن‌های اقیانوس انسلادوس با زمین مطابقت دارد.

محققان یک مدل جدید و دقیق‌تر برای متانوژن‌ها در انسلادوس ایجاد کردند تا ببینند آیا آن‌ها می‌توانند در آنجا زنده بمانند و رشد کنند. مدلشان به شدت بر نسبت ردفیلد تکیه داشت. آن‌ها دریافتند که اگرچه فسفر در سطوح بالایی در اقیانوس این قمر وجود دارد، اما نسبت کلی آن «ممکن است به سلول‌های زمین‌مانند محدود شود. ذخایر بالا از این مواد مغذی ممکن است باعث کند شدن یا کوچک شدن زیست‌کره یا بایوسفر از نظر متابولیکی شود.»

پس چشم‌انداز حیات در انسلادوس کجاست؟ ما در ابتدای راه علم امضای زیستی هستیم. می‌توانیم تک تک مواد شیمیایی را شناسایی کنیم، اما از این فاصله دور، نمی‌توانیم شیمی کلی انسلادوس را دقیقا اندازه‌گیری کنیم. تحقیقات جدیدتر با امضای زیستی، از جمله این مقاله، با هدف شناسایی چگونگی سازماندهی مجدد عناصر شیمیایی در فرآیند‌های بیولوژیکی به روش‌های گویا انجام می‌شود. با نگاهی به کل اکوسیستم‌ها، دانشمندان ممکن است نشانه‌های زیستی جدیدی را کشف کنند که کمتر مبهم هستند. اگر بتوانیم این کار را انجام دهیم، ممکن است کشف کنیم که شکل‌های حیات غیرزمینی، مواد شیمیایی را به روش‌های کاملا متفاوتی سازماندهی می‌کنند.

این تحقیق بخشی از یک تلاش جدید برای شناسایی علائم زیستی شیمیایی است که برخی از آن‌ها می‌توانند مثبت کاذب باشند. به عنوان مثال، متان می‌تواند یک علامت زیستی باشد، اما ممکن است به صورت غیرزیستی نیز تولید شود. موارد دیگری مانند فسفین اخیرا در زهره کشف شده است. مطالعات دقیق‌تر می‌تواند تصویر واضح‌تری از وجود یا نبود حیات در نقاط دیگر کیهان به ما ارائه دهد.

منبع: همشهری آنلاین