Leven in de oceaan van Enceladus? Nieuw model wijst op een andere energiebron
Onder de dikke ijskorst van Saturnus' maan Enceladus zit een oceaan van vloeibaar water. Uit scheuren op de zuidpool spuiten enorme pluimen waterdamp de ruimte in, een beetje als een natuurlijke geiser. Die pluimen zijn een van de beste plekken in ons zonnestelsel om naar sporen van leven te zoeken.
De ruimtesonde Cassini vloog jaren geleden door zo'n pluim en ontdekte iets opvallends: er zit waterstofgas (H2) en methaan (CH4) in. Op aarde maken bepaalde micro-organismen, methanogenen genaamd, methaan door waterstof op te eten. Dat gaf wetenschappers hoop dat er in de oceaan van Enceladus iets vergelijkbaars gebeurt.
Waar komt die waterstof vandaan?
Tot nu toe dachten onderzoekers vooral aan serpentinisatie: een chemisch proces waarbij gesteente op de oceaanbodem reageert met water en daarbij waterstof vrijgeeft. Dat proces gebeurt ook op aarde, bij onderzeese hydrothermale bronnen. Maar er is een probleem: modellen van de warmte en doorlaatbaarheid van Enceladus' rotsige kern laten zien dat het maar de vraag is of serpentinisatie wel lang genoeg en op grote schaal genoeg kan doorgaan om al die waterstof te leveren.
Een internationaal onderzoeksteam onderzocht daarom een heel ander scenario. Misschien komt de waterstof niet alleen uit gesteente, maar ook uit een biologisch proces: fermentatie. Dat is hetzelfde proces waarmee bijvoorbeeld gist suikers omzet in alcohol en gas. Op Enceladus zouden micro-organismen organisch materiaal, zoals aminozuren, kunnen afbreken en daarbij waterstof produceren. Andere micro-organismen zouden die waterstof vervolgens weer kunnen omzetten in methaan.
Het model past precies
Het team bouwde een computermodel van dit hele ecosysteem: een combinatie van gistende organismen en methaanproducerende organismen, in een omgeving met hydrothermale bronnen, een oceaan en een pluim. Als proefstof voor afbreekbaar organisch materiaal gebruikten ze glycine, een aminozuur.
Het resultaat: zelfs zonder enige waterstof of methaan uit gesteente, kan deze puur biologische gemeenschap exact de hoeveelheden waterstof en methaan produceren die Cassini in de pluim mat. Daarvoor is wel voldoende aanvoer van organisch materiaal nodig. Volgens de schattingen van het team is er genoeg organische voorraad aanwezig om dit proces miljarden jaren lang (gigajaren) vol te houden, als al dat materiaal beschikbaar zou zijn.
De onderzoekers testten ook een realistischer scenario, gebaseerd op metingen van organisch materiaal in meteoriet- en asteroïdemonsters, gecombineerd met een beperkte hoeveelheid serpentinisatie. Ook dan kwamen de beste uitkomsten uit gemeenschappen met een specifiek type methanogeen, dat methaan maakt uit azijnzuur in plaats van uit waterstof alleen. Een statistische vergelijking van verschillende modellen (Bayesiaanse modelvergelijking) wees telkens dezelfde soort gemeenschap aan als meest waarschijnlijk.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit is een theoretisch model, geen directe waarneming van leven. Het laat alleen zien dat fermentatie door micro-organismen een mogelijke, wiskundig kloppende verklaring is voor de gemeten gassen, naast de bestaande verklaring met serpentinisatie. Er is nog geen bewijs dat dit proces ook echt plaatsvindt. Het onderzoeksteam stelt voor om toekomstige metingen te doen naar stoffen als azijnzuur en ammonium in de pluim, en naar de samenstelling van koolstofatomen in het methaan, om de twee scenario's uit elkaar te kunnen houden.
Waarom is dit belangrijk? Als toekomstige missies deze extra stoffen vinden, geeft dat een sterkere aanwijzing dat er in de oceaan van Enceladus daadwerkelijk biologische processen aan de gang zijn, in plaats van alleen scheikunde in gesteente. Het onderzoek laat vooral zien welke concrete metingen daarvoor nodig zijn.
Bron: Fermentation heterotrophy can reproduce Enceladus's H2 and CH4 under limited serpentiniaztion