ความเป็นไปได้ในการดำรงชีวิตบนยูโรปา ดวงจันทร์น้ำแข็งของดาวพฤหัสบดี

ดวงจันทร์น้ำแข็งของดาวพฤหัสบดี กับแบบจำลองที่มีพื้นฐานมาจากแหล่งน้ำร้อน ที่ประเมินความเป็นไปได้ในการดำรงชีวิตบนดาวดวงนี้

นักวิทยาศาสตร์ชาวบราซิลเปรียบเทียบสถานการณ์โลกดั้งเดิมกับสภาวะของยูโรปา,ดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี ซึ่งอาจเป็นที่อาศัยของจุลินทรีย์ขนาดเล็กที่ใต้ท้องมหาสมุทรขนาดใหญ่ที่อบอุ่น ซึ่งอยู่ภายใต้เปลือกน้ำแข็งของมัน ดวงจันทร์น้ำแข็งของดาวพฤหัสบดี, ยูโรปา, เป็นเป้าหมายหลักของการวิจัยทางชีววิทยาในแง่ของความเป็นไปได้ว่ามันมีสภาพแวดล้อมที่ให้อาศัยอยู่ได้ในระบบสุริยะ ภายใต้เปลือกน้ำแข็งที่มีความหนาประมาณ 10 กิโลเมตร เป็นมหาสมุทรที่มีน้ำลึกกว่า 100 กิโลเมตร แหล่งพลังงานขนาดใหญ่ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงกับดาวพฤหัสที่มีต่อกัน ทำให้น้ำนี้อุ่น

การวิจัยทางทฤษฎีเพื่อประเมินความเป็นอยู่ของจุลินทรีย์ของยูโรปา ใช้ข้อมูลที่รวบรวมจากสภาพแวดล้อมที่คล้ายคลึงกันบนโลก ซึ่งได้ดำเนินการโดยกลุ่มนักวิจัยชาวบราซิลที่เชื่อมโยงกับมหาวิทยาลัยเซาเปาโล ได้เขียนบทความร่วมกันและตีพิมพ์ในวารสาร Scientific Reports

Douglas Galante นักวิจัยจากห้องทดลองแสงซินโครตรอนแห่งชาติของบราซิล (LNLS) และ ศูนย์วิจัยชีวดาราศาสตร์ (NAP-Astrobio)ที่สถาบันดาราศาสตร์ของมหาวิทยาลัยเซาเปาโล กล่าวว่า “เราได้ศึกษาถึงผลกระทบที่เป็นไปได้จากแหล่งพลังงานที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ทางชีวภาพบนยูโรปา โดยมีพื้นฐานข้อมูลที่ได้จากสภาพแวดล้อมที่คล้ายคลึงกันบนโลก “ Galante ได้ประสานงานการศึกษาซึ่งได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิการวิจัยเซาเปาโล – FAPESP และนักเคมี Thiago Pereira ผู้ร่วมเขียนบทความนี้ ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจสถานที่ต่างๆในบราซิลและ แอฟริกาที่มีร่องรอยของการเปลี่ยนแปลงธรณีเคมีและธาตุเคมีเหมือนกัน ที่เป็นไปได้ว่าจะเกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นของชีวิตหลายเซลล์ในยุคนีโอโพรเทอโรโซนิค (Neoproterozoic) ซึ่งอยู่ระหว่าง 1,000 ล้านปีมาแล้ว

ในเหมืองทอง มะโปเน็ง (Mponeng)ใกล้เมืองโจฮันเนสเบิร์กประเทศแอฟริกาใต้ ในความลึกที่ระดับ 2.8 กม. โครงการวิจัยไม่เพียงแต่พบร่องรอยการเปลี่ยนแปลงสำคัญที่เชื่อมโยงกับประวัติชีวิตบนโลก แต่ยังมีบริบทที่คล้ายคลึงกับยูโรปา การค้นพบไม่นานมานี้พบว่าแบคทีเรีย Candidatus Desulforudis audaxviator มีชีวิตรอดภายในเหมืองที่ไม่มีแสงแดดด้วยวิธีการแยกตัวของน้ำด้วยรังสี ( water radiolysis) เป็นการแยกตัวของโมเลกุลของน้ำด้วยรังสีไอออไนซ์

“เหมืองใต้ดินที่ลึกมากนี้ มีน้ำรั่วไหลผ่านรอยแยกที่มีกัมมันตภาพรังสียูเรเนียมอยู่ ” Galante กล่าว “ยูเรเนียมละลายโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างสารอนุมูลอิสระ เช่น ไฮโดรเจน ไฮดรอกไซด์ และอื่นๆ สารอนุมูลอิสระจะจู่โจมหินที่อยู่โดยรอบโดยเฉพาะ แร่ไพไรท์ (ไอรอน ไดซัลไฟด์ FeS2) ทำให้เกิดการสร้างซัลเฟตขึ้นมา แบคทีเรียใช้ซัลเฟตเพื่อสังเคราะห์อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต หรือ เอทีพี ( adenosine triphosphate , ATP) เป็นนิวคลิโอไทด์ (nucleotide) หรือโครงสร้างที่รับผิดชอบการจัดเก็บพลังงานในเซลล์ นี่เป็นครั้งแรกที่ระบบนิเวศน์ถูกพบว่าสามารถอยู่รอดได้โดยตรงจากพลังงานนิวเคลียร์ “

ตามที่ Galante และเพื่อนร่วมงานกล่าว สภาพแวดล้อมที่ถูกยึดเป็นอาณานิคมโดยแบคทีเรียในเหมืองมะโปเน็ง เป็นความคล้ายคลึงที่ยอดเยี่ยมของสภาพแวดล้อมที่สันนิษฐานว่ามีอยู่ที่ใต้ก้นมหาสมุทรของยูโรปา

 แม้ว่าอุณหภูมิที่พื้นผิวของยูโรปา จะใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ แต่ก็มีพลังงานความร้อนตามธรรมชาติมากมายในแกนกลางของมัน เพราะผลจากปฏิกิริยาร่วมกันของยูโรปากับแรงโน้มถ่วงที่ทรงพลังของดาวพฤหัส ซึ่งทำให้ใต้พื้นผิวของยูโรปาสามารถเกิดเป็นมหาสมุทรได้

“อย่างไรก็ตามมันยังไม่เพียงพอที่จะให้ความร้อนกับน้ำที่นั่น ” Galante กล่าว นักวิจัยกล่าวว่าพื้นฐานสำหรับกิจกรรมทางชีวภาพทั้งหมดที่รู้จักกันในโลกคือการไล่ระดับทางเคมีเช่นความแตกต่างของความเข้มข้นของโมเลกุลไอออนหรืออิเล็กตรอนในบริเวณที่แตกต่างกันทำให้เกิดการไหลไปในทิศทางที่แน่นอน ทำให้เกิดการหายใจในเซลล์ การสังเคราะห์แสง การผลิตเอทีพีและกระบวนการอื่นๆที่พบได้ทั่วไปสำหรับสิ่งมีชีวิต

โมเลกุลไฮโดรเจน ( H2) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S),กรดซัลฟูริก (H2SO4) , มีเทน (CH4)และอื่น ๆ ที่ส่งผ่านออกมาจากน้ำร้อน เป็นแหล่งที่มาสำคัญของความไม่สมดุลทางเคมีและปัจจัยที่เป็นไปได้ในการ “ถ่ายโอนทางชีวภาพ” เช่นการเปลี่ยนแปลงของความไม่สมดุลในทางชีวภาพไปสู่พลังงานที่มีประโยชน์ Galante กล่าว” แหล่งที่มาของน้ำร้อนเหล่านี้เป็นสถานการณ์ที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลก “

การตรวจสอบสภาวะในยูโรปาที่ใช้สำหรับการผลิตเอทีพี กลุ่มนักวิจัยได้ประเมินความไม่สมดุลของสารเคมีในยูโรปาว่าอาจเกิดขึ้นจากการส่งผ่านน้ำออกมาที่นำไปสู่ปฏิกิริยาลูกโซ่ระหว่างน้ำกับองค์ประกอบทางเคมีที่พบได้ในเปลือกของยูโรปา อย่างไรก็ตาม ข้อมูลที่ขาดการทดลองนี้ปิดกั้นนักวิทยาศาสตร์จากข้อสันนิษฐานทั้งหมดที่ได้ ภารกิจยูโรปาอาจจะเกิดขึ้นในปลายปี 2030 นาซ่าหน่วยงานอวกาศสหรัฐได้กล่าวไว้ ” นั่นเป็นเหตุผลที่เราคอยมองหาสิ่งที่เป็นผลทางกายภาพในทุกที่ให้มากขึ้น ซึ่งมีแนวโน้มสูงที่ผลที่จะได้คือการกระทำของกัมมันตรังสี” Galante กล่าว

วัตถุท้องฟ้าในระบบสุริยะที่มีแกนกลางเป็นหินมีวัตถุกัมมันตภาพรังสีที่เหมือนกันซึ่งถูกปล่อยออกสู่อวกาศโดยการระเบิดของซูเปอร์โนวาที่เป็นจุดกำเนิดดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ทั้งหลาย ยูเรเนียม ทอเรียมและโพแทสเซียมเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสีที่พิจารณาโดยการวิจัย ซึ่งประเมินความเข้มข้นของสารเหล่านี้ในยูโรปาได้โดยพิจารณาจากปริมาณที่ได้สังเกตและวัดจากบนโลก ,ในอุกกาบาตต่างๆและในดาวอังคาร

Galante กล่าวว่า “จากปริมาณดังกล่าวเราสามารถประเมินพลังงานที่ปล่อยออกมาได้ว่าพลังงานนี้มีปฏิสัมพันธ์กับน้ำในบริเวณใกล้เคียงและประสิทธิภาพของน้ำกัมมันตรังสีที่เกิดจากการปฏิสัมพันธ์นี้ทำการสร้างอนุมูลอิสระให้เกิดขึ้น”

จากการศึกษานี้ พร้อมไปกับ นิวไคลด์กัมมันตรังสี (อะตอมที่มีนิวเคลียสที่ไม่เสถียร มีพลังงานสูงมากจนสามารถสร้างอนุภาคกัมมันตรังสีขึ้นใหม่ภายในนิวเคลียส) แร่ไพไรท์ เป็นส่วนประกอบสำคัญที่มีอยู่ซึ่งจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตในยูโรปา “หนึ่งในข้อเสนอที่ได้จากการศึกษาของเราคือร่องรอยของไพไรท์ ที่ควรมองหาเพื่อเป็นส่วนหนึ่งของการประเมินความสามารถในการอาศัยอยู่ในดาวเคราะห์ต่างๆ ” Galante กล่าว โอกาสในการหาแร่ไพไรท์ในภารกิจสมมุติฐานเพื่อไปยังยูโรปาเป็นสิ่งที่ดีเนื่องจากกำมะถัน (S) และธาตุเหล็ก (Fe) เป็นธาตุที่พบได้ในระบบสุริยะ

“ ท้องมหาสมุทรบนยูโรปาดูเหมือนจะให้สภาพที่คล้ายคลึงกันมากกับสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในโลกดั้งเดิมในช่วงพันล้านปีก่อน ดังนั้นการศึกษาเกี่ยวกับยูโรปาในปัจจุบัน จึงเหมือนกับการมองย้อนกลับไปที่ดาวเคราะห์ของเราในอดีต นอกจากความสนใจเรื่องการใช้ชีวิตของยูโรปาและการดำรงอยู่ของกิจกรรมทางชีววิทยาที่นั่น การศึกษายังเป็นประตูสู่ความเข้าใจถึงต้นกำเนิดและวิวัฒนาการของชีวิตในจักรวาล “

 

ที่มา: Sciencedaily
เรียบเรียง: SignorScience