Как предлагают искать жизнь на Энцеладе и Европе без бурения льда?

Энцелад и Европа сейчас рассматриваются как наиболее перспективные объекты для астробиологических исследований в Солнечной системе. Оба спутника имеют подповерхностные океаны, которые через геологические процессы взаимодействуют с ледяной оболочкой и открытым космосом, пишет коллектив ученых в исследовании, которое опубликовали в журнале Sage.

Смотрите также Окончательный вывод: в каком мире родилась межзвездная комета 3I/ATLAS

Благодаря миссии Cassini стало известно, что океан Энцелада находится в прямом контакте с гидротермально активным каменистым ядром и содержит органические компоненты, необходимые для возникновения жизни. Новое поколение космических аппаратов, таких как Europa Clipper от NASA и JUICE от ESA, готовится к детальному анализу ледяных зерен, которые выбрасываются из недр этих миров.

Одним из главных вызовов в поиске внеземных биосигнатур является идентификация аминокислот. Эти соединения являются фундаментальными кирпичиками земной жизни, но они также могут образовываться абиотическим путем в результате химических реакций.

Главное отличие заключается в том, что биологические процессы на Земле используют лишь ограниченный набор из 20 альфа-аминокислот определенной хиральности, тогда как небиологический синтез создает сложную смесь различных изомеров.

Проблема заключается в том, что многие аминокислоты имеют одинаковую массу, что значительно усложняет их различение с помощью традиционных масс-спектрометров.

Как различить аминокислоты

Исследователи провели серию лабораторных экспериментов, используя метод лазерно-индуцированной десорбции ионов из жидкой струи (LILBID), чтобы имитировать условия столкновения ледяных зерен с детекторами космических аппаратов на скоростях от 5 до 7 километров в секунду. Объектом изучения стали восемь изомеров аминокислот с формулой C6H13NO2 и идентичной массой 131,173 атомной единицы массы.

Результаты продемонстрировали, что масс-спектрометры высокого разрешения, такие как SUDA на борту Europa Clipper, способны уверенно различать эти соединения благодаря уникальным особенностям их фрагментации.

Ключевым фактором оказалась внутримолекулярная водородная связь. В альфа-аминокислотах амино- и карбоксильная группы расположены рядом, что способствует образованию стабильных циклических структур. Это снижает их способность к ионизации и приводит к тому, что на спектрах доминируют пики водной матрицы.

Напротив, не-альфа-аминокислоты (например, 6-аминогексановая кислота) имеют значительно более высокое сродство к протону, что обеспечивает четкие и интенсивные сигналы самих молекул.

Исследование выявило специфические химические "отпечатки" для различных изомеров:

  • Например, 6-аминогексановая кислота под действием энергии образует капролактам путем внутримолекулярной конденсации, что дает характерный пик с отношением массы к заряду.
  • Другие изомеры, имеющие метильные или этильные группы в определенном положении, демонстрируют так называемую перегруппировку Мак-Лафферти, создавая уникальные фрагменты с отношением массы к заряду.
  • Даже такие близкие структуры, как диастереоизомеры L-изолейцин и L-алло-изолейцин, можно различить по различиям в амплитудах их протонированных молекулярных пиков.

Что это нам дает

Эти открытия имеют критическое значение для будущих миссий к океаническим мирам. Способность четко отделять альфа-аминокислоты от других изомеров позволит ученым оценить, являются ли найденные органические молекулы продуктом биологической деятельности, или результатом обычной геохимии.

Анализ отдельных ледяных зерен позволяет избежать смешивания различных веществ, что особенно важно на Энцеладе, где органические соединения в шлейфах могут быть пространственно разделены с солями.

Таким образом, инструменты типа SUDA становятся мощным орудием для подтверждения пригодности этих миров для жизни и поиска ее реальных признаков.