Impressão artística da espaçonave conceitual Enceladus Orbilander na superfície de Enceladus.
Crédito: Johns Hopkins APL.
A nova proposta para uma missão Enceladus Orbilander em andamento no Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins, nos faz refletir sobre as perspectivas de se investigar esta lua magnífica. Algum processo químico tem produzido metano no oceano existente sob a camada de gelo de Enceladus, analisado em um artigo de 2021 de Antonin Affholder (agora na Universidade do Arizona) e colegas, usando dados da Cassini de passagens pelas plumas em erupção das regiões polares do sul. Os cientistas produziram modelos matemáticos e usaram uma análise bayesiana para pesar as probabilidades de que o metano seja criado pela vida ou por processos abióticos.
Resultado: os dados da pluma são consistentes com ambas as possibilidades, embora seja interessante, com base no que sabemos sobre a química hidrotérmica na Terra, que a quantidade de metano seja maior do que seria esperado por qualquer explicação abiótica. Portanto, não podemos descartar a possibilidade de algum tipo de microorganismo sob o gelo de Enceladus e claramente precisamos de dados de uma futura missão para fazer a chamada. Não vamos nos aprofundar aqui no artigo de 2021 (citação abaixo), exceto para observar que os autores acreditam que seus métodos podem ser úteis para lidar com dados químicos futuros de exoplanetas de uma ampla variedade, e não apenas mundos gelados com um oceano por baixo de uma crosta criogênica superficial.
Agora, um novo artigo foi publicado no The Planetary Science Journal, de autoria da mesma equipe e abordando o potencial de tal missão futura. Um oceano de água salgada liberando metano é um alvo astrobiológico ideal, e um resultado útil da nova análise é que não seria necessário um pouso em Enceladus para investigar se existe ou não vida lá.
Conforme explicou o co-autor Régis Ferrière (Universidade do Arizona):
Claramente, enviar um robô rastejando através de rachaduras no gelo e mergulhando profundamente no fundo do mar não seria fácil. Ao simular os dados que uma espaçonave em órbita mais preparada e avançada coletaria apenas das plumas, nossa equipe agora mostrou que essa abordagem seria suficiente para determinar com segurança se há ou não vida no oceano de Enceladus sem realmente ter que sondar as profundezas da lua. Esta é uma perspectiva emocionante.
Este infográfico mostra como os cientistas julgam que a água interage com a rocha no fundo do oceano de Enceladus para criar sistemas de fontes hidrotermais. Essas mesmas aberturas semelhantes a chaminés são encontradas ao longo das bordas das placas tectônicas nos oceanos da Terra, aproximadamente 2.000 metros abaixo da superfície.
Créditos: NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute.
Micróbios na Terra (metanogênicos [1] ) encontram maneiras de prosperar em torno de fontes hidrotermais profundas abaixo da superfície dos oceanos, em regiões privadas de luz solar, mas ricas em energia armazenada em compostos químicos. De facto, a vida em torno dos respiradouros de ‘fumante branco’ é rica e não se limita a micróbios, com di-hidrogênio e dióxido de carbono como fonte de energia em um processo que libera metano como subproduto. Os pesquisadores levantam a hipótese de que processos semelhantes estão funcionando em Enceladus, calculando a possível massa total de vida lá e a probabilidade de que as células dessa vida possam ser ejetadas pelas plumas. O modelo da equipe produz uma biosfera pequena e esparsa, que equivale a não mais do que a biomassa de uma única baleia no oceano da lua. Essa é uma descoberta interessante por si só, em contraste com alguns estudos anteriores, e contrasta fortemente com o tamanho da biosfera ao redor das fontes hidrotermais da Terra. Mas a quantidade é suficiente para produzir moléculas orgânicas suficientes para que uma futura espaçonave possa detectá-las voando pelas plumas. A missão exigiria múltiplos sobrevoos de plumas. É improvável que células reais sejam encontradas nas plumas, mas moléculas orgânicas detectadas, incluindo aminoácidos específicos, apoiariam a ideia de biologia ativa. Mesmo assim, provavelmente ficaremos sem uma resposta definitiva, acrescentou Ferrière:
Considerando que, de acordo com os cálculos, qualquer vida presente em Enceladus seria extremamente esparsa, ainda há uma boa chance de nunca encontrarmos moléculas orgânicas suficientes nas plumas para concluir inequivocamente que ela está lá. Então, em vez de focar na questão de quanto é suficiente para provar que existe vida, perguntamos: ‘Qual é a quantidade máxima de material orgânico que poderia estar presente na ausência de vida?’
Imagem em cores-falsas dos jatos criogênicos emergindo de Enceladus, capturada pela espaçonave robótica Cassini da NASA.
Créditos: NASA/JPL/Space Science Institute
Um orbitador da Enceladus, em outras palavras, produziria fortes evidências de vida se suas medições estivessem acima do limite identificado aqui. De volta ao JHU/APL Enceladus Orbilander, minuciosamente descrito em um estudo de conceito disponível online. A missão inclui tanto operações orbitais quanto um pouso na superfície, com 13 instrumentos científicos a bordo para sondar a vida em ambos os locais. A missão planeja medir pH, temperatura, salinidade e disponibilidade de nutrientes no oceano, além de fazer medições sísmicas e de radar para sondar a estrutura da crosta de gelo.
Aqui, as chances de encontrar material celular são muito maiores do que em operações puramente orbitais, onde a sobrevivência através do processo de desgaseificação da criação da pluma parece improvável. A sonda teria como alvo um espaço plano livre de pedregulhos no polo sul da lua Enceladus com o objetivo de coletar materiais de pluma que caíram de volta à superfície. A equipe aponta que as maiores partículas não atingiriam altitudes altas o suficiente para amostragem da órbita, tornando o módulo de pouso nossa melhor chance de uma resposta definitiva.
O artigo, de facto, aponta para esta conclusão:
…estruturas abióticas semelhantes a células (biomorfos abióticos) que podem se formar em ambientes hidrotermais podem causar um alto risco de falso positivo… amostrar pelo menos uma célula pode exigir um grande número de fly-throughs na pluma, ou usar um lander para coletar partículas de pluma caindo na superfície de Enceladus (por exemplo, o Enceladus Orbilander; MacKenzie et al. 2021).
O artigo científico, assinado por Affholder et al., intitulado “Putative Methanogenic Biosphere in Enceladus’s Deep Ocean: Biomass, Productivity, and Implications for Detection”, está disponível no Planetary Science Journal Vol. 3, nº 12 (13 de dezembro de 2022), 270.
O artigo sobre metano em Enceladus, assinado por Affholder at al., intitulado “Bayesian analysis of Enceladus’s plume data to avalia metanogenesis” está disponível em Nature Astronomy 5 (07 de junho de 2021), 805-814.
Fonte
Centauri Dreams: Gathering the Evidence for Life on Enceladus por Paul Gilster
Nota [1]
Metanogênese ou biometanação é a formação de metano acoplada à conservação de energia por micróbios conhecidos como metanogênicos. Organismos capazes de produzir metano para conservação de energia foram identificados apenas no domínio Archaea, um grupo filogeneticamente distinto tanto de eucariotos quanto de bactérias, embora muitos vivam em estreita associação com bactérias anaeróbicas. A produção de metano é uma forma importante e difundida de metabolismo microbiano. Em ambientes anóxicos, é a etapa final da decomposição da biomassa. A metanogênese é responsável por quantidades significativas de acumulações de gás natural, sendo o restante termogênico.
Bioquímica
Ciclo para metanogênese, mostrando intermediários. A metanogênese em micróbios é uma forma de respiração anaeróbica.[4] Os metanogênicos não usam oxigênio para respirar; na verdade, o oxigênio inibe o crescimento de metanogênicos. O aceptor final de elétrons na metanogênese não é o oxigênio, mas o carbono. As duas vias mais bem descritas envolvem o uso de ácido acético ou dióxido de carbono inorgânico como aceptores terminais de elétrons:
CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O
CH3COOH → CH4 + CO2
Durante a respiração anaeróbica de carboidratos, H2 e acetato são formados em uma proporção de 2:1 ou menos, então H2 contribui apenas c. 33% para a metanogênese, com o acetato contribuindo com a maior proporção. Em algumas circunstâncias, por exemplo no rúmen, onde o acetato é amplamente absorvido pela corrente sanguínea do hospedeiro, a contribuição do H2 para a metanogênese é maior.
No entanto, dependendo do pH e da temperatura, a metanogênese mostrou usar carbono de outros pequenos compostos orgânicos, como ácido fórmico (formato), metanol, metilaminas, tetrametilamônio, sulfeto de dimetila e metanotiol. O catabolismo dos compostos metílicos é mediado por metil transferases para dar metil coenzima M.
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