美国国家航空航天局研究在土卫二发现激发生命的能量源和分子

第三只手烈

土星卫星恩克拉多斯地下海洋中的水从巨大的裂缝中喷向太空。美国国家航空航天局的卡西尼号飞船在2010年拍摄了这张照片，对冰粒子进行了采样，科学家们正在继续从这些数据中获得新的发现。图像：美国国家航空航天局/JPL加州理工学院/空间科学研究所

（）据美国宇航局喷气推进实验室：一项研究放大了美国国家航空航天局的卡西尼号在土星的冰卫星上收集的数据，发现了生命的关键成分和为其提供燃料的增压能源的证据。

科学家们已经知道，从土星的卫星恩克拉多斯喷出的巨大冰粒和水蒸气羽流富含有机化合物，其中一些对我们所知的生命非常重要。现在，科学家们分析来自美国国家航空航天局卡西尼任务的数据，将可居住性的证据向前推进了一步:他们发现了氰化氢的强有力证明，氰化氢是生命起源的关键分子。

研究人员还发现证据表明，隐藏在月球冰冷外壳下并提供羽状物的海洋拥有强大的化学能来源。到目前为止，这种能源还是以几种有机化合物的形式存在，其中一些在地球上是生物体的燃料。

这些发现发表在12月14日星期四的《自然天文学》上，表明这颗小卫星内部的化学能可能比以前认为的要多得多。可用的能量越多，生命就越有可能繁衍和延续。

“我们的工作提供了进一步的证据，证明土卫二拥有一些最重要的分子，这些分子既创造了生命的基石，又通过代谢反应维持了生命，”主要作者乔纳·彼得说，他是哈佛大学的博士生，在南加州美国国家航空航天局喷气推进实验室工作时完成了大部分研究。“恩克拉多斯似乎不仅满足可居住性的基本要求，我们现在还知道复杂的生物分子如何在那里形成，以及可能涉及哪种化学途径。”



美国国家航空航天局的卡西尼号飞船捕捉到了这张反射土卫二的图像，在中间，它正绕土星运行。在2007年的图像中还有另外两个卫星:潘多拉，一个在光环附近盘旋的亮点，和土卫一，在右下角。图像：美国国家航空航天局/JPL/空间科学研究所

多才多艺，精力充沛

“氰化氢的发现特别令人兴奋，因为它是大多数生命起源理论的起点，”彼得说。正如我们所知，生命需要像氨基酸这样的积木，氰化氢是形成氨基酸所需的最重要和最通用的分子之一。因为它的分子可以以许多不同的方式堆叠在一起，研究作者将氰化氢称为氨基酸前体的瑞士军刀。

“我们越是试图通过测试替代模型来戳穿我们的结果，”彼得补充道，“证据就变得越有力。最终，很明显，如果不包括氰化氢，就没有办法匹配羽流成分。”

2017年，科学家在恩克拉多斯发现了有助于维持生命的化学证据，如果海洋中存在生命的话。羽流中二氧化碳、甲烷和氢气的结合暗示了甲烷生成，这是一种产生甲烷的代谢过程。甲烷生成在地球上广泛存在，可能对我们星球上的生命起源至关重要。

这项新工作揭示了比甲烷的形成更强大和更多样的额外能量化学来源的证据:作者发现了一系列被氧化的有机化合物，这向科学家们表明，在土卫二的地下海洋中有许多潜在的化学途径来维持生命。这是因为氧化有助于推动化学能的释放。

“如果甲烷生成就能量而言像一个小手表电池，那么我们的结果表明，土卫二的海洋可能提供更类似于汽车电池的东西，能够为任何可能存在的生命提供大量能量，”JPL大学的凯文·汉德说，他是该研究的合著者，也是导致新结果的努力的首席研究员。

数学是方法

与使用实验室实验和地球化学建模来复制卡西尼在土卫二发现的条件的早期研究不同，这项新工作的作者依赖于详细的统计分析。他们检查了卡西尼号的离子和中性质谱仪收集的数据，该质谱仪研究土星周围的气体、离子和冰粒。

通过量化数据中包含的信息量，作者能够梳理出不同化合物在解释卡西尼信号方面的细微差异。

“当试图匹配观察到的数据时，有许多潜在的拼图可以拼在一起，”彼得说。“我们使用数学和统计建模来找出哪种拼图组合最符合羽流成分，并充分利用数据，而不会过度解读有限的数据集。”

科学家们距离回答生命是否起源于土卫二还有很长的路要走。但是正如彼得所指出的，这项新工作展示了可以在实验室中测试的生命化学途径。

与此同时，卡西尼号仍在继续执行任务——在它揭示土卫二是一颗活跃的卫星之后很久。2017年，该任务以故意将航天器投入土星大气层而结束。“我们的研究表明，虽然卡西尼的任务已经结束，但它的观测继续为我们提供关于土星及其卫星的新见解——包括神秘的土卫二，”JPL行星科学家汤姆·诺德海姆说，他是该研究的合著者，也是卡西尼团队的成员。

关于任务的更多信息

卡西尼-惠更斯任务是美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局的合作项目。JPL是加州帕萨迪纳市加州理工学院的一个分部，负责管理美国国家航空航天局太空任务理事会的任务。JPL设计、开发并组装了卡西尼号轨道飞行器。