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一位艺术家对土星卫星土卫二的描绘描绘了海底的热液活动和卫星冰壳上的裂缝，这些裂缝允许水内部的物质喷射到太空中。新的研究表明，用于下一个任务的仪器可能会在羽流中的单个冰粒中发现单个细胞的痕迹。来源:美国国家航空航天局/姓名

对土卫二和木卫二等卫星上的冰粒的研究表明，有可能探测到生命的迹象，为即将到来的先进探测仪器的太空任务铺平了道路。

围绕土星和木星运行的一些卫星上覆盖着冰的海洋是寻找外星生命的主要候选者。由西雅图华盛顿大学和柏林自由Universität牵头的一项新的实验室研究表明，从这些行星体喷射出的单个冰粒可能含有足够的物质，可以让仪器在秋天到达那里，探测到生命的迹象，如果有生命存在的话。

“我们第一次证明，即使是细胞物质的一小部分也可以通过航天器上的质谱仪识别出来，”华盛顿大学地球和空间科学博士后研究员法比安·克伦纳(Fabian Klenner)说。“我们的研究结果让我们更有信心，使用即将到来的仪器，我们将能够探测到类似于地球上的生命形式，我们越来越相信这些生命形式可能存在于海洋卫星上。”

这张照片显示了木卫二表面的红色条纹，木卫二是木星四个大卫星中最小的一个。即将到来的木卫二快船任务将发射仪器来调查这颗卫星。新的研究表明，为下一个任务准备的这些仪器之一可能会在从行星体内部喷出的单个冰粒中发现单个细胞的痕迹。来源:美国航天局/喷气推进实验室/伽利略

这项开放获取的研究发表在3月22日的《科学进展》杂志上。国际团队的其他作者来自英国开放大学;美国宇航局喷气推进实验室;科罗拉多大学博尔德分校;以及莱比锡大学。

科学进步与太空任务

卡西尼号任务于2017年结束，在土星卫星土卫二南极附近发现了平行裂缝。从这些裂缝中喷出的是含有气体和冰粒的羽流。美国宇航局计划于10月发射的木卫二快船(Europa Clipper)任务将携带更多仪器，对木星冰冷的卫星木卫二(Europa)进行更详细的探索。

为了准备这项任务，研究人员正在研究新一代仪器可能会发现什么。从技术上讲，直接模拟以每秒4 ~ 6公里的速度在太空中飞行的冰粒撞击观测仪器是不可能的，因为实际碰撞速度将达到这个速度。相反，作者使用了一种实验装置，将一束稀薄的液态水送入真空，在那里它分解成液滴。然后，他们使用激光束激发液滴并进行质谱分析，以模拟太空探测器上的仪器将探测到的东西。

最新公布的结果显示，未来执行任务的仪器，如欧罗巴快船上的表面尘埃分析仪，可以在数十万个冰粒中检测到细胞物质。

左图描绘的是土卫二及其冰雪覆盖的海洋，南极附近有裂缝，据信这些裂缝可以穿透冰壳。中间的面板显示了作者认为生命可以茁壮成长的地方:在水的顶部，在一个拟议的薄层(黄色)中，就像地球上的海洋一样。右图显示，随着气泡的上升和破裂，细菌细胞可能与液滴一起被抛到太空中，然后变成卡西尼号探测到的冰粒。资料来源:欧洲航天局

发现生命的潜力

这项研究的重点是阿拉斯加鞘菌，这是阿拉斯加海域的一种常见细菌。虽然许多研究使用大肠杆菌作为模式生物，但这种单细胞生物要小得多，生活在寒冷的环境中，并且可以在很少的营养物质下生存。所有这些都使它成为土星或木星冰冷卫星上潜在生命的更好候选者。

克伦纳说:“它们非常小，所以理论上它们能够适应从土卫二或木卫二这样的海洋世界释放出来的冰粒。”

结果表明，这些仪器可以在单个冰粒中检测到这种细菌或它的一部分。不同的分子最终会形成不同的冰粒。新的研究表明，分析生物材料可能集中的单个冰粒比平均包含数十亿单个颗粒的更大样本更成功。

左图显示了数公里厚的冰壳，据信包裹着土星的卫星土卫二。填满裂缝的是盐水，表面有一层薄薄的水(橙色)。右图显示，当气泡上升和破裂时，它们与有机物质结合，并被喷射到喷雾中。资料来源:Postberg et al. (2018)/Nature

最近由这些研究人员领导的一项研究表明，土卫二上存在磷酸盐的证据。这个行星体现在似乎含有能量、水、磷酸盐、其他盐类和碳基有机物质，这使得它越来越有可能支持类似地球上发现的生命形式。

作者假设，如果细菌细胞被包裹在脂质膜中，就像地球上的那样，那么它们也会在海洋表面形成一层皮肤。在地球上，海洋浮渣是形成海洋气味的浪花的重要组成部分。在冰封的月球上，海洋与表面相连(例如，通过冰壳的裂缝)，外层空间的真空会导致地下海洋沸腾。气泡在海洋中上升，并在表面破裂，在那里，细胞物质与羽流中的冰粒结合在一起。

Klenner说:“我们在这里描述了一个合理的场景，即细菌细胞如何在理论上被纳入土卫二或木卫二上由液态水形成的冰冷物质中，然后被排放到太空中。”

木卫二快船上的表面尘埃分析仪将比以往任务中的仪器功率更高。这种仪器和未来的仪器也将首次能够检测带负电荷的离子，使它们更适合于检测脂肪酸和脂质。

克伦纳说:“对我来说，寻找脂质或脂肪酸比寻找DNA的组成部分更令人兴奋，因为脂肪酸似乎更稳定。”

“有了合适的仪器，比如美国宇航局欧罗巴快船太空探测器上的表面尘埃分析仪，在冰冷的卫星上找到生命或生命的痕迹可能比我们想象的要容易，”资深作者弗兰克·波斯特伯格(Frank Postberg)说，他是柏林自由大学Universität行星科学教授。“当然，如果那里存在生命，并且愿意被来自地下水库等环境的冰粒所包围。”

参考文献:“如何识别从恩克拉多斯或木卫二发射的单个冰粒中的细胞物质”，Fabian Klenner, Janine Bönigk, Maryse Napoleoni, Jon Hillier, Nozair Khawaja, Karen Olsson-Francis, Morgan L. Cable, Michael J. Malaska, Sascha Kempf, Bernd Abel和Frank Postberg, 2024年3月22日，Science Advances。DOI: 10.1126 / sciadv.adl0849

这项研究是由欧洲研究委员会、美国宇航局和德国研究基金会(DFG)资助的。其他合著者有Janine Bönigk, Maryse Napoleoni, Jon Hillier和Nozair Khawaja，来自柏林自由Universität;英国开放大学的卡伦·奥尔森-弗朗西斯;NASA喷气推进实验室的Morgan Cable和Michael Malaska;科罗拉多大学博尔德分校的Sascha Kempf;以及莱比锡大学的Bernd Abel。