Микроорганизм смог расти в лабораторной модели океана Энцелада при крайне низкой концентрации CO₂

Учёные воспроизвели в лаборатории предполагаемые условия на дне подлёдного океана спутника Сатурна Энцелада и обнаружили, что земной микроорганизм способен расти и производить метан даже при очень высокой щёлочности и крайне небольшом количестве доступного углекислого газа. Эксперимент показывает, что геохимия Энцелада теоретически может поддерживать один из древнейших известных типов микробного метаболизма.

Исследование провели специалисты Мюнхенского университета Людвига — Максимилиана вместе с коллегами из Свободного университета Берлина, Университета Регенсбурга и Океанографического института Вудс-Хоул. В качестве модельного организма они использовали архею Methanothermococcus okinawensis, обитающую на Земле рядом с глубоководными гидротермальными источниками.

Эта архея относится к метаногенам. Для получения энергии ей не требуется кислород: организм использует молекулярный водород и углекислый газ и в процессе метаболизма образует метан.

Такой механизм представляет особый интерес для Энцелада. Под ледяной оболочкой спутника находится глобальный океан, контактирующий с каменным ядром. Данные аппарата Cassini показали наличие в выбрасываемом Энцеладом веществе молекулярного водорода, метана и растворённых минералов. Эти данные указывают на реакции между водой и породами на дне океана и возможную гидротермальную активность.

Исследователи создали бескислородную лабораторную систему с солями и химическими условиями, которые должны имитировать щелочной океан Энцелада и взаимодействие воды с породой. Концентрация кислорода в экспериментальной установке была примерно в 10 тысяч раз ниже, чем в земной атмосфере. Учёные также моделировали процессы, способные производить водород непосредственно при взаимодействии воды с минералами.

Одной из главных проблем для предполагаемой жизни в океане Энцелада считается его высокая щёлочность. При pH около 10–11 большая часть неорганического углерода находится не в форме свободного CO₂, который необходим метаногенам.

Это подтвердилось в контрольных экспериментах: в обычной лабораторной питательной среде M. okinawensis при таком высоком pH не росла. Однако в среде, более точно имитирующей геохимию Энцелада, археи продолжали размножаться и производить метан.

Анализ активности генов показал, что микроорганизм перестраивал обмен веществ, позволяя ему использовать очень небольшое количество доступного углекислого газа. При этом водород, необходимый для метаногенеза, мог образовываться в результате смоделированных реакций между водой и породами.

Таким образом, сама геохимическая система, похожая на предполагаемые условия на дне Энцелада, одновременно могла обеспечивать микроорганизм источником энергии и позволять ему получать углерод при его крайне низкой доступности.

Результат оказался важен именно потому, что предыдущие оценки потенциальной обитаемости Энцелада сталкивались с проблемой нехватки CO₂. Даже если на спутнике имеются вода, водород и необходимые минералы, высокая щёлочность океана могла серьёзно ограничивать метаболизм потенциальных организмов.

Новый эксперимент показывает, что по крайней мере один земной метаноген способен приспосабливаться к подобным условиям.

При этом исследование не означает, что в океане Энцелада действительно существует жизнь. В эксперименте использовался земной микроорганизм, а состав, температура, pH и локальные условия настоящего подлёдного океана известны лишь приблизительно. Учёные показали только то, что один из возможных энергетических путей жизни способен работать в лабораторной системе, построенной на основе современных представлений об Энцеладе.

Полученные результаты усиливают интерес к будущим миссиям к спутнику Сатурна. Энцелад особенно удобен для поиска потенциальных биосигнатур благодаря гейзерам в районе южного полюса: через трещины в ледяной оболочке в космос выбрасываются водяной пар и частицы льда, происходящие из подповерхностного океана. Поэтому будущему аппарату необязательно бурить многокилометровую толщу льда, чтобы получить материал из океана.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.