Proces výroby metanu v oblacích Saturnova měsíce Enceladus

Ve skrytém oceánu pod ledovým pláštěm Saturnova měsíce Enceladus pravděpodobně probíhá neznámý proces výroby metanu, naznačuje nová studie publikovaná v časopise Nature Astronomy vědci z Arizonské univerzity a Pařížské univerzity Sciences & Lettres. Enceladus je šestý největší měsíc planety Saturn.

Obří vodní chrliče vyvěrající z Enceladu již dlouho fascinují vědce i veřejnost a inspirují výzkum a spekulace o rozsáhlém oceánu, který se pravděpodobně nachází mezi skalnatým jádrem měsíce a jeho ledovým pláštěm. Sonda Cassini, která prolétala těmito oblaky a odebírala vzorky jejich chemického složení, zjistila poměrně vysokou koncentraci některých molekul spojených s hydrotermálními průduchy na dně pozemských oceánů, konkrétně dihydrogenu, metanu a oxidu uhličitého. Množství metanu nalezeného v oblacích měsíce Enceladus bylo obzvláště nečekané.

„Chtěli jsme to vědět: Mohli by pozemští mikrobi, kteří ‚požírají‘ dihydrogen a produkují metan, vysvětlit překvapivě velké množství metanu zjištěné sondou Cassini?“ řekl Regis Ferriere, docent na katedře ekologie a evoluční biologie Arizonské univerzity a jeden ze dvou hlavních autorů studie. „Hledání takových mikrobů, známých jako metanogeny, na dně Enceladu by vyžadovalo extrémně náročné mise s hlubokým ponorem, které jsou v nedohlednu několik desetiletí.“

Matematické modely pro zjištění hydrotermální aktivity

Ferriere a jeho tým zkonstruovali matematické modely, aby vypočítali pravděpodobnost, že různé procesy, včetně biologické metanogeneze, by mohly vysvětlit údaje ze sondy Cassini.

Použili nové matematické modely, které kombinují geochemii a mikrobiální ekologii k analýze dat z Cassiniho sondy a k modelování možných procesů, které by nejlépe vysvětlovaly pozorování. Došli k závěru, že údaje ze sondy Cassini odpovídají buď mikrobiální aktivitě hydrotermálních vývěrů, nebo procesům, které nezahrnují formy života, ale jsou odlišné od těch, které jsou známy na Zemi.

Na Zemi k hydrotermální aktivitě dochází, když studená mořská voda prosakuje na dno oceánu, cirkuluje skrze podložní horniny a prochází v blízkosti zdroje tepla, jako je například magmatická komora, než je opět vyvrhne do vody prostřednictvím hydrotermálních průduchů. Na Zemi může hydrotermální aktivitou vznikat metan, ale jen pozvolna. Většinu produkce mají na svědomí mikroorganismy, které využívají chemickou nerovnováhu hydrotermálně vznikajícího dihydrogenu jako zdroj energie a vyrábějí metan z oxidu uhličitého v procesu zvaném metanogeneze.

Model populační dynamiky hypotetického hydrogenotrofního metanogenu

Tým zkoumal složení Enceladových oblaků jako konečný výsledek několika chemických a fyzikálních procesů probíhajících v nitru měsíce. Nejprve vědci posoudili, jaká hydrotermální produkce dihydrogenu by nejlépe odpovídala pozorování sondy Cassini a zda by tato produkce mohla poskytnout dostatek „potravy“ pro udržení populace hydrogenotrofních metanogenů podobných pozemským. Za tímto účelem vytvořili model populační dynamiky hypotetického hydrogenotrofního metanogenu, jehož tepelná a energetická nika byla modelována podle známých kmenů ze Země.

Autoři pak tento model spustili, aby zjistili, zda by daný soubor chemických podmínek, jako je koncentrace dihydrogenu v hydrotermální tekutině a teplota, poskytoval vhodné prostředí pro růst těchto mikrobů. Zkoumali také, jaký vliv by hypotetická populace mikrobů měla na své prostředí – například na rychlost úniku dihydrogenu a metanu.

„Souhrnně řečeno, mohli jsme nejen vyhodnotit, zda pozorování sondy Cassini odpovídají prostředí vhodnému pro život, ale také jsme mohli učinit kvantitativní předpovědi pozorování, která lze očekávat, pokud by na dně Enceladu skutečně došlo k metanogenezi,“ vysvětlil Ferriere.

Výsledky naznačují, že ani nejvyšší možný odhad abiotické produkce metanu – neboli produkce metanu bez biologické pomoci – založený na známé hydrotermální chemii zdaleka nestačí k vysvětlení koncentrace metanu naměřené v oblacích. Přidáním biologické metanogeneze by však mohlo vzniknout dostatečné množství metanu, které by odpovídalo pozorování sondy Cassini.

Existuje v oceánu měsíce Enceladus život

„Samozřejmě z toho nevyvozujeme závěr, že v oceánu Enceladu existuje život,“ řekl Ferriere. „Spíše jsme chtěli pochopit, jak pravděpodobné je, že by hydrotermální průduchy na Enceladu mohly být obyvatelné pro mikroorganismy podobné pozemským. Podle našich modelů je to velmi pravděpodobné, říkají to data ze sondy Cassini.

„A biologická metanogeneze se zdá být s těmito daty slučitelná. Jinými slovy, „hypotézu života“ nemůžeme zavrhnout jako vysoce nepravděpodobnou. K zamítnutí hypotézy života potřebujeme další data z budoucích misí,“ dodal.

Autoři doufají, že jejich článek poskytne vodítko pro studie zaměřené na lepší pochopení pozorování provedených sondou Cassini a že podpoří výzkum zaměřený na objasnění abiotických procesů, které by mohly produkovat dostatek metanu k vysvětlení těchto údajů.

Například metan by mohl pocházet z chemického rozkladu prvotní organické hmoty, která se může nacházet v jádru Enceladu a která by mohla být částečně přeměněna na dihydrogen, metan a oxid uhličitý prostřednictvím hydrotermálního procesu. Tato hypotéza je velmi pravděpodobná, pokud se ukáže, že Enceladus vznikl akrecí materiálu bohatého na organické látky dodaného kometami, vysvětlil Ferriere.

„Částečně se to odvíjí od toho, jak pravděpodobné jsou podle nás různé hypotézy na začátku,“ řekl. „Pokud například považujeme pravděpodobnost života na Enceladu za extrémně nízkou, pak se takové alternativní abiotické mechanismy stávají mnohem pravděpodobnějšími, i když jsou ve srovnání s tím, co známe zde na Zemi velmi cizí.“

Podle autorů spočívá velmi slibný pokrok této práce v její metodice, neboť se neomezuje na specifické systémy, jako jsou vnitřní oceány ledových měsíců, a otevírá cestu k tomu, aby se mohla zabývat chemickými daty z planet mimo sluneční soustavu, jakmile budou v příštích desetiletích k dispozici.