Не потрібно пірнати в океани Енцелада і Європи: тепер є інший спосіб пошуку життя на супутниках

Як пропонують шукати життя на Енцеладі та Європі без буріння льоду?

Енцелад і Європа наразі розглядаються як найбільш перспективні об'єкти для астробіологічних досліджень у Сонячній системі. Обидва супутники мають підповерхневі океани, які через геологічні процеси взаємодіють із крижаною оболонкою та відкритим космосом, пише колектив учених в дослідженні, яке опублікували у журналі Sage.

Дивіться також Остаточний висновок: у якому світі народилася міжзоряна комета 3I/ATLAS 

Завдяки місії Cassini стало відомо, що океан Енцелада перебуває в прямому контакті з гідротермально активним кам'янистим ядром і містить органічні компоненти, необхідні для виникнення життя. Нове покоління космічних апаратів, таких як Europa Clipper від NASA та JUICE від ESA, готується до детального аналізу крижаних зерен, які викидаються з надр цих світів.

Одним із головних викликів у пошуку позаземних біосигнатур є ідентифікація амінокислот. Ці сполуки є фундаментальними цеглинками земного життя, але вони також можуть утворюватися абіотичним шляхом у результаті хімічних реакцій. 

Головна відмінність полягає в тому, що біологічні процеси на Землі використовують лише обмежений набір із 20 альфа-амінокислот певної хіральності, тоді як небіологічний синтез створює складну суміш різних ізомерів.

Проблема полягає в тому, що багато амінокислот мають однакову масу, що значно ускладнює їхнє розрізнення за допомогою традиційних мас-спектрометрів.

Як розрізнити амінокислоти

Дослідники провели серію лабораторних експериментів, використовуючи метод лазерно-індукованої десорбції іонів з рідкого струменя (LILBID), щоб імітувати умови зіткнення крижаних зерен із детекторами космічних апаратів на швидкостях від 5 до 7 кілометрів на секунду. Об'єктом вивчення стали вісім ізомерів амінокислот із формулою C₆H₁₃NO₂ та ідентичною масою 131,173 атомної одиниці маси.

Результати продемонстрували, що мас-спектрометри високої роздільної здатності, такі як SUDA на борту Europa Clipper, здатні впевнено розрізняти ці сполуки завдяки унікальним особливостям їхньої фрагментації.

Ключовим фактором виявився внутрішньомолекулярний водневий зв'язок. У альфа-амінокислотах аміно- та карбоксильна групи розташовані поруч, що сприяє утворенню стабільних циклічних структур. Це знижує їхню здатність до іонізації та призводить до того, що на спектрах домінують піки водяної матриці. 

Навпаки, не-альфа-амінокислоти (наприклад, 6-аміногексанова кислота) мають значно вищу спорідненість до протона, що забезпечує чіткі та інтенсивні сигнали самих молекул.

Дослідження виявило специфічні хімічні "відбитки" для різних ізомерів:

• Наприклад, 6-аміногексанова кислота під дією енергії утворює капролактам шляхом внутрішньомолекулярної конденсації, що дає характерний пік з відношенням маси до заряду.
• Інші ізомери, що мають метильні або етильні групи в певному положенні, демонструють так зване перегрупування Мак-Лафферті, створюючи унікальні фрагменти з відношенням маси до заряду.
• Навіть такі близькі структури, як діастереоізомери L-ізолейцин та L-алло-ізолейцин, можна розрізнити за відмінностями в амплітудах їхніх протонованих молекулярних піків.

Що це нам дає

Ці відкриття мають критичне значення для майбутніх місій до океанічних світів. Здатність чітко відокремлювати альфа-амінокислоти від інших ізомерів дозволить ученим оцінити, чи є знайдені органічні молекули продуктом біологічної діяльності, чи результатом звичайної геохімії. 

Аналіз окремих крижаних зерен дає змогу уникнути змішування різних речовин, що особливо важливо на Енцеладі, де органічні сполуки в шлейфах можуть бути просторово розділені з солями. 

Таким чином, інструменти типу SUDA стають потужним знаряддям для підтвердження придатності цих світів для життя та пошуку його реальних ознак.