土衛二內部看起來非常適合維持生命

美國西南研究院的科學家利用美國太空總署卡西尼號（Cassini）太空船的數據，對土衛二（Enceladus）的地下海洋中的化學過程進行電腦模擬研究。發現多樣的新陳代謝方式能夠支持土星這顆冰冷衛星地殼下面的液態海洋，可以存在多樣化的微生物群落（microbial community）。

卡西尼號在2017年9月退役之前，採集了從土衛二冰冷表面裂縫產生的冰粒和水蒸氣羽流（plume）樣本，發現有可供微生物生存的食物氫分子。

德克薩斯大學聖安東尼奧分校（University of Texas at San Antonio）物理學博士姫斯汀·雷（Christine Ray）指出，在羽流中檢測到分子氫顯示，土衛二海洋中有可用的自由能（free energy）。在地球上，利用氧氣呼吸的生物會消耗葡萄糖和氧氣等有機物質中的能量來產生二氧化碳和水。厭氧微生物（Anaerobic microbes）可以代謝氫產生甲烷。所有生命都可以蒸餾為與氧化劑和還原劑化合物不平衡相關的類似化學反應。

這種不平衡會產生位能（Potential Energy）梯度，氧化還原化學作用會在化學物質之間轉移電子，最常見的情況是一種物質發生氧化而另一種物質產生還原。這些過程對生命的許多基本功能至關重要，包括光合作用和呼吸。例如，氫是支持生活在地球海洋中靠近熱液噴口的厭氧微生物的化學能來源。在地球的海底，熱液噴口排放出含有豐富能源和礦物質的熱流體，這些流體使獨特的生態系統中充滿了不尋常的生物得以繁衍。先前的研究發現土衛二上熱液噴口和化學不平衡的證據越來越多，這暗示了它的地下海洋是一個具備生命發展條件的地方。

雷博士表示：我們想知道其它類型的代謝途徑是否也可以為土衛二的海洋提供能量來源。由於需要使用一套尚未在土衛二的羽流中檢測到的氧化劑，因此我們進行化學模擬試驗，以確定海洋和岩心中的條件是否可以支持這些化學過程。

他們研究了來自太空的電離輻射如何產生氧化劑分子氧（dioxygen）和過氧化氫，以及海洋和岩心中的非生物地球化學如何導致化學不平衡，從而可能支持代謝過程。研究小組考慮瞭如果還原劑的含量不明顯，這些氧化劑是否會隨時間累積。他們還考慮了水性還原劑或海底礦物如何將這些氧化劑轉化為硫酸鹽和氧化鐵。

雷博士還表示，我們將自由能的估算值與地球上的生態系統進行了比較，確定總體而言，我們的有氧代謝和無氧代謝值均達到或超過最低要求。這些結果顯示，氧化劑的產生和氧化化學作用可能有助於維持可能的生命以及土衛二上新陳代謝多樣化的微生物群落。

西南研究院高級研究科學家克里斯托弗·格萊因（Christopher Glenn）博士說：「未來的太空船可以飛過土衛二的羽流，以測試海洋中氧化化合物的豐富程度。這方面我們必須謹慎行事，要思考是否可能有一些我們未知向奇怪生命形式利用這些能源，因為這些能源似乎對土衛二的運作至關重要。

【圖、文：節譯自西南研究院2020年12月16日新聞公佈】研究結果刊登在2020年12月5日出版的《伊卡洛斯》期刊