Suche nach Leben in den eisigen Krusten der Meereswelten

Suche nach Leben in den eisigen Krusten der Meereswelten

Während der Feldtests 2019 in der Nähe der grönländischen Summit Station, einer hochgelegenen Fernbeobachtungsstation, wird das WATSON-Instrument auf Herz und Nieren geprüft, um Lebenszeichen oder Biosignaturen in 110 Metern Tiefe in einem Bohrloch zu suchen. Die Winde, die den Bohrer hält, ragt oben aus dem Bohrzelt heraus. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech

Lange bevor der NASA Perseverance Rover am 18. Februar auf dem Roten Planeten landete, wurde bereits eines seiner Missionsziele auf höchster Ebene festgelegt: die Suche nach Zeichen des alten Lebens auf der Marsoberfläche. Tatsächlich könnten die Techniken, die von einem der wissenschaftlichen Instrumente an Bord des Rovers verwendet werden, auf den Saturnmonden Enceladus und Titan sowie auf Jupiters Mond Europa Anwendung finden.

“Perseverance wird nach einer Einkaufsliste mit Mineralien, organischen Stoffen und anderen chemischen Verbindungen suchen, die möglicherweise das Leben von Mikroben auf dem Mars enthüllen”, sagte Luther Beegle, Hauptforscher für das Scannen von bewohnbaren Umgebungen auf dem Mars 2020 mit Raman & Luminescence for Organics & Chemicals (SHERLOC) Instrument. “Aber die Technologie hinter SHERLOC, die nach früheren Leben in Marsgesteinen suchen wird, ist äußerst anpassungsfähig und kann auch verwendet werden, um lebende Mikroben und die chemischen Bausteine ​​für das Leben im tiefen Eis der Monde von Saturn und Jupiter zu suchen.”

Enceladus, Europa und sogar der dunstige Mond Titan sollen riesige Ozeane mit flüssigem Wasser, die chemische Verbindungen enthalten, die mit biologischen Prozessen verbunden sind, unter ihrem dicken eisigen Äußeren verstecken – ganz andere Umgebungen als der moderne Mars. Wenn in diesen Gewässern mikrobielles Leben vorhanden ist, können Wissenschaftler möglicherweise auch im Eis Hinweise darauf finden. Aber wie kann man diese Beweise finden, wenn sie tief im Eis eingeschlossen sind?

Geben Sie WATSON ein. Der 1,2 Meter lange, röhrenförmige Prototyp, kurz für Wireline Analysis Tool zur unterirdischen Beobachtung von Eisplatten im Norden, wird derzeit im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien entwickelt. Es wurde an den Planetary Deep Drill von Honeybee Robotics gekoppelt und diese Kombination wurde erfolgreich in der extremen Kälte des grönländischen Eises getestet.

Eine kleinere Version von WATSON könnte eines Tages an Bord einer zukünftigen Robotermission fahren, um das Bewohnbarkeitspotential eines dieser rätselhaften Monde zu erkunden. Das Instrument suchte auf der Suche nach Biosignaturen – organischen Molekülen, die durch biologische Prozesse erzeugt wurden – ins Eis. Sollte es welche geben, könnte eine zukünftige Version von WATSON mit der zusätzlichen Fähigkeit, Eis von der Bohrlochwand zu sammeln, Proben für weitere Untersuchungen sammeln.

Durch die Verwendung der Raman-Spektroskopie mit tiefem Ultraviolettlaser zur Analyse der Materialien, in denen sie gefunden wurden, anstatt sofort Eisproben zu entnehmen und sie dann auf der Mondoberfläche zu untersuchen, würde das Instrument Wissenschaftlern zusätzliche Informationen über diese Proben liefern, indem untersucht wird, wo sie sich im Kontext befinden ihrer Umgebung.

Suche nach Leben in den eisigen Krusten der Meereswelten

WATSON erstellte diese Fluoreszenzkarte eines Bohrlochs in einer Tiefe von 93,8 Metern im grönländischen Eis. Das linke Feld zeigt nebulöse Blobs von Biosignaturen, und das rechte Feld zeigt eine kolorierte Version, in der ähnliche organische Chemikalien zusammengefasst sind. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech

“Es wäre großartig, wenn wir zuerst untersuchen würden, wie diese Proben in ihrer natürlichen Umgebung tatsächlich aussehen, bevor wir sie zum Testen schöpfen und zu einer Aufschlämmung mischen”, sagte Mike Malaska, Astrobiologe bei JPL und leitender Wissenschaftler bei WATSON. “Deshalb entwickeln wir dieses nicht-invasive Instrument für den Einsatz in eisigen Umgebungen: um einen tiefen Einblick in das Eis zu erhalten und Cluster organischer Verbindungen – vielleicht sogar Mikroben – zu identifizieren, damit sie untersucht werden können, bevor wir sie weiter analysieren und ihre verlieren nativer Kontext oder modifizieren ihre Struktur. “

Obwohl WATSON dieselbe Technik wie SHERLOC von Perseverance verwendet, gibt es Unterschiede. Zum einen wird SHERLOC Marsgestein und Sediment analysieren, um nach Anzeichen vergangenen mikrobiellen Lebens zu suchen, die von zukünftigen Missionen gesammelt und zur tieferen Untersuchung auf die Erde zurückgebracht werden können. Und SHERLOC bohrt keine Löcher. Ein separates Tool erledigt das.

Beide basieren jedoch auf einem Tief-Ultraviolett-Laser und einem Spektrometer. Wenn das WATSON-Eisinstrument über einen Imager verfügt, um die Textur und Partikel in der Eiswand zu beobachten, wird SHERLOC von Perseverance mit einer hochauflösenden Kamera kombiniert, um Nahaufnahmen von Gesteinen zu machen Texturen zur Unterstützung seiner Beobachtungen. Diese Kamera hat zufällig den gleichen Namen wie der Prototyp, der das Eis erforscht: WATSON. In diesem Fall steht das Akronym jedoch für Weitwinkel-Topografiesensor für Betrieb und Ingenieurwesen. (Schließlich muss jedes Instrument mit einem Namen, der vom berühmten fiktiven Detektiv Sherlock Holmes inspiriert wurde, Hinweise auf seinen Partner geben.)

Enceladus auf der Erde

So wie SHERLOC vor dem Mars umfangreiche Tests auf der Erde durchlaufen hat, muss WATSON es auch tun, bevor es zum äußeren Sonnensystem geschickt wird. Um zu sehen, wie sich das Instrument in der eisigen Kruste von Enceladus und bei den extrem niedrigen Temperaturen des Mondes verhalten könnte, wählte das WATSON-Team Grönland während einer Kampagne im Jahr 2019 als “Erdanalog” für Feldtests des Prototyps.

Erdanaloga haben ähnliche Eigenschaften wie andere Orte in unserem Sonnensystem. Im Fall von Grönland nähert sich die Umgebung nahe der Mitte der Eisdecke der Insel und von der Küste entfernt ungefähr der Oberfläche von Enceladus an, wo Meeresmaterialien aus den fruchtbaren Öffnungen des kleinen Mondes ausbrechen und regnen. Das verstümmelte Eis am Rande der grönländischen Gletscher in Küstennähe kann als Analogon für die tiefe Eiskruste Europas dienen.

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Während des Feldtests wurden WATSON und der daran angebrachte Bohrer bis zu einer Tiefe von 110 Metern in das Bohrloch abgesenkt. Auf diesem Foto ermöglicht das optische Fenster des WATSON dem Instrument, die Seiten des Bohrlochs zu „sehen“. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech

Während der Kampagne zur Erkundung eines vorhandenen Bohrlochs in der Nähe der Summit Station, einer hochgelegenen Fernbeobachtungsstation in Grönland, wurde das Instrument auf Herz und Nieren geprüft. WATSON beleuchtete mit seinem UV-Laser die Wände des Eises und ließ einige Moleküle glühen. Das Spektrometer maß dann ihr schwaches Leuchten, um dem Team einen Einblick in ihre Struktur und Zusammensetzung zu geben.

Während das Auffinden von Biosignaturen im grönländischen Eisbeutel keine Überraschung war – die Tests fanden schließlich auf der Erde statt -, warf die Kartierung ihrer Verteilung entlang der Wände des tiefen Bohrlochs neue Fragen auf, wie diese Merkmale dahin kamen, wo sie sich befanden. Das Team entdeckte, dass Mikroben tief im Eis dazu neigen, sich in Blobs zu verklumpen, nicht in Schichten, wie sie ursprünglich erwartet hatten.

“Wir haben Karten erstellt, als WATSON die Seiten des Bohrlochs und die Hotspots von Blau-, Grün- und Rottönen gescannt hat, die alle verschiedene Arten von organischem Material darstellen”, sagte Malaska. “Und was mich interessierte, war, dass die Verteilung dieser Hotspots überall, wo wir hinschauten, ziemlich gleich war: Egal, ob die Karte auf 10 oder 100 Metern erstellt wurde [33 or 330 feet] In der Tiefe waren diese kompakten kleinen Blobs da. “

Durch Messung der spektralen Signaturen dieser Hotspots identifizierte das Team Farben, die mit aromatischen Kohlenwasserstoffen (von denen einige durch Luftverschmutzung entstehen können), Ligninen (Verbindungen, die beim Aufbau von Zellwänden in Pflanzen helfen) und anderen biologisch hergestellten Materialien (z. B. komplexen organischen Stoffen) übereinstimmen Säuren auch in Böden gefunden). Darüber hinaus zeichnete das Instrument Signaturen auf, die dem von Mikrobenclustern erzeugten Glühen ähneln.

Es müssen noch weitere Tests durchgeführt werden – idealerweise in anderen Erdanaloga, die sich den Bedingungen anderer eisiger Monde annähern -, aber das Team war ermutigt, wie empfindlich WATSON für eine so große Vielfalt von Biosignaturen war. Diese hohe Empfindlichkeit wäre nützlich bei Missionen in Ozeanwelten, bei denen die Verteilung und Dichte potenzieller Biosignaturen unbekannt sind, sagte Rohit Bhartia, Hauptforscher für WATSON und stellvertretender Hauptforscher für SHERLOC von Photon Systems in Covina, Kalifornien. “Wenn wir eine Zufallsstichprobe sammeln, werden wir wahrscheinlich etwas sehr Interessantes verpassen, aber durch unsere ersten Feldtests können wir die Verteilung von organischen Stoffen und Mikroben im terrestrischen Eis besser verstehen, die uns beim Bohren in das Land helfen könnten Kruste von Enceladus. “

Die Ergebnisse des Feldtests wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Astrobiologie im Herbst 2020 und auf der American Geophysical Union vorgestellt Herbsttreffen 2020 am 11. Dezember.


Weiter erforschen

Der Detektiv an Bord des Perseverance Rovers der NASA


Mehr Informationen:
Michael J. Malaska et al. In-situ-Nachweis von Mikroben und verschiedenen Hotspots organischer Materie im grönländischen Eisschild unter der Oberfläche, Astrobiologie (2020). DOI: 10.1089 / ast.2020.2241

Journalinformationen:
Astrobiologie

Bereitgestellt von der NASA

Zitat: Suche nach Leben in den eisigen Krusten der Ozeanwelten (2021, 7. April), abgerufen am 8. April 2021 von https://phys.org/news/2021-04-probing-life-icy-crusts-ocean.html

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Während des Feldtests wurden WATSON und der daran angebrachte Bohrer bis zu einer Tiefe von 110 Metern in das Bohrloch abgesenkt. Auf diesem Foto ermöglicht das optische Fenster des WATSON dem Instrument, die Seiten des Bohrlochs zu „sehen“. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech

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