外行星卫星中的冰粒具有探测生命迹象的潜力

对来自土卫二和木卫二等卫星的冰粒的研究表明，这些冰粒具有探测生命迹象的潜力，为即将进行的配备先进探测仪器的太空任务铺平了道路。环绕土星和木星运行的一些卫星的冰壳海洋是寻找地外生命的主要候选者。由位于西雅图的华盛顿大学和柏林自由大学领导的一项新的实验室研究表明，从这些行星体中喷射出的单个冰粒可能含有足够的物质，可供秋天前往那里的仪器探测生命迹象（如果存在生命的话）。

土星卫星土卫二的艺术家渲染图描绘了海底的热液活动和卫星冰壳上的裂缝，这些裂缝允许来自水内部的物质喷射到太空中。新的研究表明，为下一次任务准备的仪器可以在羽流中包含的单个冰粒中发现单细胞的痕迹。图片来源：NASA/JPL-Caltech

第一作者、华盛顿大学地球与空间科学博士后研究员法比安-克伦纳（Fabian Klenner）说："我们首次证明，即使是极小部分的细胞物质，也能通过航天器上的质谱仪识别出来。我们的结果让我们更有信心，利用即将到来的仪器，我们将能够探测到与地球上类似的生命形式，我们越来越相信这些生命形式可能存在于含有海洋的卫星上。"

这张图片显示木卫二表面的红色条纹，木卫二是木星四颗大卫星中最小的一颗。即将执行的"欧罗巴号快船"（Europa Clipper）任务将派出仪器对这颗卫星进行调查。新的研究表明，下一次任务中的一个仪器可以在行星体内部喷射出的单个冰粒中发现单细胞的痕迹。资料来源：NASA/JPL/伽利略号

这项开放存取的研究成果于3月22日发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。该国际团队的其他作者来自英国开放大学、美国国家航空航天局喷气推进实验室、科罗拉多大学博尔德分校和莱比锡大学。

科学进步与太空任务

2017年结束的卡西尼号任务在土星卫星土卫二南极附近发现了平行裂缝。从这些裂缝中喷出的是含有气体和冰粒的羽流。美国国家航空航天局（NASA）的"欧罗巴号快船"（Europa Clipper）任务计划于10月发射，将携带更多仪器，对木星的一颗冰卫星--欧罗巴进行更详细的探索。

为了准备这次任务，研究人员正在研究新一代仪器可能会发现什么。直接模拟冰粒以每秒 4 至 6 公里的速度在太空中飞行并撞击观测仪器，在技术上是不可行的，因为实际的碰撞速度将是这样。相反，作者使用了一种实验装置，将一束细细的液态水送入真空，在真空中分解成水滴。然后，他们使用激光束激发液滴，并通过质谱分析来模拟太空探测器上的仪器所能探测到的情况。

新发表的结果表明，计划在未来任务中使用的仪器，如欧罗巴号"快船"上的表面尘埃分析仪，可以从成千上万个冰粒中检测到一个冰粒中的细胞物质。

左边的图画描绘了土卫二及其被冰覆盖的海洋，南极附近的裂缝据信可以穿透冰壳。中图显示了作者认为生命可以繁衍生息的地方：在水的顶部，像地球海洋一样的薄层（显示为黄色）。右图显示，随着气泡的上升和爆裂，细菌细胞可能会随水滴飞入太空，然后变成卡西尼号探测到的冰粒。图片来源：欧洲航天局

发现生命的潜力

这项研究的重点是阿拉斯加海域常见的一种细菌--阿拉斯加鞘氨醇杆菌。虽然许多研究都使用大肠杆菌作为模式生物，但这种单细胞生物要小得多，生活在寒冷的环境中，并且可以在营养物质很少的情况下生存。所有这些都使它成为土星或木星冰卫星上潜在生命的更好候选者。

克伦纳说："它们非常小，因此从理论上讲，它们能够装入从像土卫二或欧罗巴这样的海洋世界中发射出来的冰粒中。"

结果表明，这些仪器可以检测到单个冰粒中的这种细菌或部分细菌。不同的分子最终会进入不同的冰粒。新研究表明，对生物物质可能集中的单个冰粒进行分析，比对包含数十亿单个冰粒的更大样本进行平均分析更为成功。

左图显示的是据信包裹土卫二的数公里厚的冰壳。填充裂缝的是咸水，其表面有一层薄薄的水层（橙色显示）。右图显示，随着气泡的上升和爆裂，它们与有机物质结合并被抛入喷雾中。图片来源：Postberg et al.

由这些研究人员领导的一项最新研究显示，土卫二上存在磷酸盐的证据。现在看来，这个行星体含有能量、水、磷酸盐、其他盐类和碳基有机物，使其越来越有可能支持类似于地球上发现的生命形式。

作者假设，如果细菌细胞像地球上的细菌细胞一样被脂膜包裹，那么它们也会在海洋表面形成一层皮肤。在地球上，海洋浮渣是形成海洋气味的海雾的重要组成部分。在冰冷的月球上，海洋与地表相连（例如，通过冰壳上的裂缝），外太空的真空会导致地表下的海洋沸腾。气泡穿过海洋上升，在地表爆裂，细胞物质融入羽流中的冰粒。

克伦纳说："我们在这里描述了一种貌似可行的方案，即细菌细胞如何在理论上融入冰物质中，这种冰物质是由土卫二或木卫二上的液态水形成的，然后被释放到太空中。"

欧罗巴号上的表面尘埃分析仪将比以往任务中的仪器功率更大。这台仪器和未来的仪器还将首次能够探测带负电荷的离子，使其更适合探测脂肪酸和脂质。

克伦纳说："对我来说，寻找脂质或脂肪酸比寻找DNA的构建模块更令人兴奋，原因是脂肪酸似乎更稳定。"

资深作者、柏林自由大学行星科学教授弗兰克-波斯特伯格（Frank Postberg）说："有了合适的仪器，比如美国宇航局欧罗巴号'快船'太空探测器上的表面尘埃分析仪，在冰卫星上发现生命或生命痕迹可能比我们想象的要容易得多。当然，如果那里有生命存在，并且在乎被包裹在源自地下水库等环境的冰粒中的话。"

编译自:ScitechDaily