Saturni kuu Enceladuse jäise pinna all laiub hiiglaslik ookean. Kuu lõunapooluselt purskavad geisrid paiskavad kosmosesse veeauru, vesinikku ja metaani. Astrobioloogid on pikalt pead murdnud, kas leitud metaan võib olla bioloogilist päritolu. Nüüd jõudis rühm Saksa teadlasi küsimuse vastusele jälle pisut lähemale.

Aluseline katseookean

Astrobioloogidele on valmistanud enim muret Enceladuse ookeani keemiline koostis, sest sealne vesi on väga aluseline: selle pH jääb vahemikku 8–12. Säärastes tingimustes muundub eluks vajalik vaba süsinikdioksiid enamasti karbonaatideks ja vesinikkarbonaatideks. Autotroofsetele ehk ise toitaineid tootvatele organismidele tähendab selline keskkond lakkamatut ja potentsiaalselt surmavat süsinikunälga.

Kauge taevakeha olude jäljendamiseks segasid teadlased laboris kokku lahuse, mis imiteeris segu sealsest ookeanist ja Enceladuse kivisest tuumast. Valmistatud mineraalipulber sisaldas ränidioksiidi, magneesiumi, rauda ja kaltsiumi. Töörühm kuumutas segu hapnikuta keskkonnas 65 kraadi juures kaks ööpäeva.

Pulbri ja vee reageerides tekkis katseklaasi rohekassinine sete, mis koosnes peamiselt rauarikkast brusiidist (magneesiumhüdroksiidist), kaltsiidist ja teistest mineraalidest. Reaktsioonis eraldus märkimisväärne kogus abiootilist vesinikku. Uurijate sõnul sarnaneb rauarikka brusiidi lahustumine suuresti protsessidega, mis leiavad ilmselt aset Enceladuse hüdrotermilistes lõhedes.

Töörühm pani valminud mudelookeani elama Maalt pärit termofiilse arhe Methanothermococcus okinawensis. Looduslikult elab see mikroob süvamere kuumaveeallikates ning kasutab elutegevuseks vesinikku ja süsinikku. Varem peeti selle liigi taluvuspiiriks pH taset 8,5.

Mikroobid jäid aga Enceladuse simulatsioonis ellu ja paljunesid isegi pH 11 juures. Rakud kasutasid kivimitest vabanevat vesinikku ja tootsid ainevahetuse kõrvalsaadusena metaani. Töörühma sõnul nihutab selline vastupidavus teadaolevaid bioloogilisi piire: süsteemi tekkis ohtralt metaani isegi siis, kui vaba süsinikdioksiidi leidus vedelikus kaduvvähe.

Arhed kohandusid süsinikunäljaga tänu teatud geenidele, mis tavaliselt ei avaldu, ja panid täisvõimsusel tööle reduktiivse atsetüül-CoA raja. Nii püüdsid nad leeliselisest veest kinni ka viimased süsinikdioksiidi riismed. Teadlaste sõnul toimis mikroobide ainevahetus täielikult kivimitest eraldunud abiootilise vesiniku toel.

Rakkude elutegevus nihutas süsteemi keemilist tasakaalu, järgides Le Chatelier' printsiipi. See tähendab, et pidev süsinikukasutus sundis ookeanivett mineraalidega reageerima: et tasakaal taastuks, eraldusid vesinikkarbonaatidest uued süsinikdioksiidi molekulid. Autorite sõnul ei lämbunud mikroobid just selle ahelreaktsiooni tõttu, mis tagas neile püsiva süsinikuvaru.

Aluselises keskkonnas napib rakkudel adenosiintrifosfaadi (ATP) ehk energiavaluuta tootmiseks vajalikke prootoneid. Ellujäämiseks käivitas M. okinawensis teise bioloogilise mehhanismi. Kuna mikroobil puudus raku tavapärane nn elektrivõrk ehk tsütokroomid, pumpas ta energia tootmiseks läbi rakumembraani tavalisi soolaioone (Na+) ja laskis neil siis läbi molekulaarse turbiini rakku tagasi voolata.  See võimaldaski neil äärmuslikes oludes energiakriisi vältida.

Teeviit edasistele uuringutele

Laborikatse põhjal ei saa siiski väita, et Enceladusel leidub kindlasti elu. Kuu olusid matkiv katse vältas vaid 48 tundi ja uurijad kiirendasid reaktsiooni raudkloriidiga. Nende sõnul ületab katses tekkinud vesinikukogus ilmselt kauge jääkuu ookeanides nähtavat tegelikku prootonite kontsentratsiooni, sest laboriseinte vahel tuli looduslikud protsessid suruda lühikesse ajavahemikku.

Siiski viitab avastus, et Päikesesüsteemi äärealad võivad olla elukõlblikud: rohke süsinikusisaldusega aluselised ookeanid pole elule eos suletud. Töörühma hinnangul annavad kirjeldatud kohastumised kindla teadusliku aluse tulevastele astrobioloogia-missioonidele. Jääkoore alt purskavate geisrite keemilise koostise edasine uurimine võib seega sillutada teed esimese maavälise eluvormi avastamisele.

Uuring ilmus ajakirjas Science Advances.