O que podemos encontrar no estrangeiro Ocean World da Europa

 

Em de Arthur C Clarke 2001 A Space Odyssey , o supercomputador HAL emite uma última instrução à tripulação do Discovery todos esses mundos são suas EXCETO EUROPA TENTATIVA NO DESEMBARQUE LÁ. O que podemos encontrar lá? Para provar que existe vida, ou fez de uma só vez, que sinais devemos estar procurando? Possíveis sinais de vida alienígena poderia incluir uma ampla gama de recursos. Por exemplo, células de paredes ou membranas feitas de carboidratos simples encapsular as formas de vida mais bem-sucedidos em nosso planeta: bactérias. Ácidos graxos de cadeias de carbonos, hidrogênios e oxigênios-são diagnósticos de processos biossintéticos aqui na Terra. Certas proteínas, tais como o DNA, só pode surgir a partir de processos biológicos activos. Todos esses processos e estruturas todos têm algo em comum, porém: eles usam energia para se renovar.

Os autores de um artigo divulgado em Astrobiology, intitulado "O Modelo de Célula de Combustível de Abiogenesis: Uma Nova Abordagem para a origem da vida Simulações", sugerem que ao invés de focar exclusivamente na estrutura da vida, devemos também estar a olhar para o primário processo da vida: transporte de energia. Para provar seu ponto, os autores construíram células combustíveis metabólicos em miniatura a partir de elementos que teriam sido disponíveis para a vida como ela trabalhou para evoluir na Terra.

No seus sistemas, células de combustível mais básicas que convertem hidrogênio e oxigênio em água, e, no processo, liberam energia.

Esta imagem mostra os ecossistemas hidrotermais-vent contra a fotossíntese da planta.Ecossistemas hidrotermal-vent derivam sua energia a partir de produtos químicos em um processo chamado de "quimiossíntese." Na quimiossíntese, a fonte hidrotermal atua uma fonte de energia (1) em vez do sol. Ambos os processos utilizam o dióxido de carbono (2) e água para produzir açúcares (3). Como produto final, chemosynthesis produz enxofre (4), enquanto que a fotossíntese gera oxigénio.

"Você pode usar técnicas eletroquímicas para simular sistemas planetários do fundo do mar e algumas reações ao surgimento da vida, uma vez que muitos sistemas geológicos e biológicos funcionam de forma semelhante às células de combustível", disse Laurie Barge, autor e cientista do Instituto de Astrobiologia da NASA (NAI ) Icy equipe Worlds no JPL. "A fonte hidrotermal é uma" célula de combustível geoquímica ', porque pode conduzir a transferência de elétrons de combustíveis hidrotermais a oxidantes água do mar, gerando uma corrente elétrica em uma parede chaminé mineral precipitada. "

Todos vida vegetal, animal e bactérias utiliza sistemas energéticos baseados em passar em torno de elétrons. Uma molécula perde um elétron, e outra recebe. Estas reações são classificadas como "redox", que é a abreviação de "oxidação-redução."

Onde há ar abundante e água fresca, formas de vida elétrons mão de moléculas ansiosos para aceitá-los, como oxigênio e dióxido de carbono. As células animais oxidar açúcar e oxigénio recebe o electrão descascada. Plantas oxidar a água em oxigênio puro em uma série de reações que conhecemos como fotossíntese.

Ao contrário dos animais e plantas, bactérias em torno das fontes hidrotermais são cercados por redutores-elementos que gostam de perder elétrons, tais como ferro e níquel. Um terço do calor de vulcões submarinos e aberturas é canalizado para as comunidades bacterianas. As comunidades, em seguida, usar o calor e os metais para sobreviver usando um processo chamado quimiossíntese.Os experimentos de Barge está tentando simular se a geoquímica desses sistemas também pode até mesmo favorecer o aparecimento de vida, fornecendo energia suficiente para conduzir reações metabólicas pré-vida, mesmo na ausência de oxigênio e luz.

"É possível que outros mundos, como Europa ou Encélado, poderia dirigir as reações químicas semelhantes entre seus oceanos e seafloors rochosos para produzir potenciais elétricos e gradientes de pH", disse Barge.

Quando você considerar o que sabemos sobre o aquecimento de maré em lugares como Europa, os resultados dos experimentos de Barge são eletrizantes. Quimiossíntese em terra tem sido demonstrado que suporta não só o crescimento de bactérias, mas camarão, vermes e outras criaturas marinhas. Agora que experimentos preliminares de sua equipe Barge da e foram bem sucedidos com early-Terra minerais abundantes, eles podem ser modificados para simular os sistemas eletroquímicos geo-em outros mundos, que também pode ter oceanos e um fundo do mar rochoso: como Europa, Enceladus, ou início de Marte.

"Se soubéssemos a composição do oceano de Europa, oceano crosta, eo fluido hidrotermal que resultaria da interação destes ", disse Barge", então poderíamos construir uma célula de combustível para simular a quantidade de energia seria gerada em um sistema hidrotérmico em Europa ".

"Certos minerais poderia ter levado reações redox geológicos, mais tarde levando a um metabolismo biológico. Estamos particularmente interessados ​​em minerais eletricamente condutivo contendo ferro e níquel que teriam sido comum na Terra primitiva."

Dr. Terry Kee da Escola de Química da Universidade de Leeds , um dos co-autores do trabalho de pesquisa, disse: "O que estamos tentando fazer é fazer a ponte entre os processos geológicos da Terra primitiva ea emergência da vida biológica no planeta. "

Anteriormente, alguns cientistas propuseram que os organismos vivos podem ter sido transportados para a Terra por meteoritos. No entanto, há mais suporte para a teoria de que a vida surgiu na Terra em locais como fontes hidrotermais no fundo do oceano, formando a partir de matéria inanimada, como os compostos químicos encontrados em gases e minerais.

"Antes que a vida biológica, pode-se dizer que a Terra primitiva tinha" vida geológica '. Pode parecer incomum para considerar geologia, envolvendo rochas inanimadas e minerais, como estar vivo. Mas o que é a vida? " disse o Dr. Kee.

"Muitas pessoas não conseguiram chegar a uma resposta satisfatória para esta pergunta. Então, o que temos feito é em vez de olhar para o que a vida faz, e todas as formas de vida usar os mesmos processos químicos que ocorrem em uma célula de combustível para gerar sua energia. "

As células de combustível em carros de gerar energia elétrica através da reacção de combustíveis e oxidantes. Este é um exemplo de uma "reação redox", como uma molécula perde elétrons (é oxidada) e ganhos de uma molécula elétrons (se reduz).

Da mesma forma, a fotossíntese em plantas envolve a geração de energia eléctrica a partir da redução de dióxido de carbono em açúcares e a oxidação da água em oxigénio molecular. E respiração nas células do corpo humano é a oxidação de açúcares em dióxido de carbono e da redução de oxigénio na água, com a energia eléctrica produzida na reacção.

Certos ambientes geológicos, tais como fontes hidrotermais pode ser considerado como "células de combustível ambiental ', já que a energia elétrica pode ser gerada a partir de reações redox entre combustíveis hidrotermais e oxidantes de água salgada, tais como oxigênio. De fato, no ano passado, pesquisadores do Japão demonstrou que a energia elétrica pode ser aproveitado a partir destas aberturas em um experimento em alto-mar em Okinawa.

No novo estudo, os pesquisadores demonstraram uma prova de conceito para o seu modelo de célula de combustível da emergência do metabolismo celular na Terra.

No Leeds Renováveis ​​Laboratório de Energia da Universidade de Leeds e Jet Propulsion Laboratory da NASA, a equipe substituiu catalisadores de platina tradicionais em células a combustível e experimentos elétricos com aqueles compostos de minerais geológicos.

Ferro e níquel são muito menos reativa do que a platina. No entanto, uma pequena, mas significativa potência demonstrou com sucesso que estes metais poderia ainda gerar eletricidade na célula de combustível - e, portanto, também atuam como catalisadores de reações redox em fontes hidrotermais na Terra primitiva.

Por enquanto, a química de como reações geológicos conduzidos por rochas e minerais inanimados evoluiu para metabolismos biológicos ainda é uma caixa preta. Mas, com um modelo baseado em laboratório para simular esses processos, os cientistas deram um passo importante para a compreensão da origem da vida neste planeta e se um processo similar poderia ocorrer em outros mundos.

Dr. Barge disse: "Estas experiências simular a energia elétrica produzida em sistemas geológicos, então nós também podemos usar isso para simular outros ambientes planetários com água líquida, como a lua Europa, de Júpiter ou início de Marte.

"Com estas técnicas poderíamos testar se qualquer sistema hidrotérmico dado poderia produzir energia suficiente para começar a vida, ou até mesmo, fornecer habitats energéticos onde a vida ainda possam existir e pode ser detectado por futuras missões."

The Daily Galaxy via Universidade de Leeds e http://www.astrobio.net/

Imagem topo crédito da página: Com agradecimentos a Kees Veenenbos

Créditos de imagem: Cortesia Woods Hole Oceanographic Institution e NASA Science News