Sedan 1970-talet, då Voyager sonder som tagit bilder av Europas isiga yta, har forskare misstänkt att liv kan existera i inre hav av månar i det yttre solsystemet. Sedan dess har andra bevis framkommit som har förstärkt denna teori, allt från isiga plummar på Europa och Enceladus, inre modeller av hydrotermisk aktivitet och till och med den banbrytande upptäckten av komplexa organiska molekyler i Enceladus plommor.
Men på vissa platser i det yttre solsystemet är förhållandena mycket kalla och vatten kan endast existera i flytande form på grund av förekomsten av giftiga frostskyddsmedel. Enligt en ny studie av ett internationellt forskarteam är det dock möjligt att bakterier kan överleva i dessa känsliga miljöer. Detta är goda nyheter för dem som hoppas kunna visa bevis på liv i extrema miljöer i solsystemet.
Studien som beskriver deras resultat, med titeln "Enhanced Microbial Survivability in Subzero Brines", dykte nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Astrobiology. Studien genomfördes av Jacob Heinz från Centre of Astronomy and Astrophysics vid Technical University of Berlin (TUB) och inkluderade medlemmar från Tufts University, Imperial College London och Washington State University.
I grunden på kroppar som Ceres, Callisto, Triton och Pluto - som antingen är långt ifrån solen eller inte har inre uppvärmningsmekanismer - tros det att det finns inre hav på grund av förekomsten av vissa kemikalier och salter (t.ex. ammoniak). Dessa "frostskyddsmedel" -föreningar säkerställer att deras hav har lägre fryspunkter, men skapar en miljö som skulle vara för kallt och giftigt för livet som vi känner till det.
För studiens skull försökte teamet bestämma om mikrober verkligen kunde överleva i dessa miljöer genom att genomföra test med Planococcus halocryophilus, en bakterie som finns i den arktiska permafrosten. De utsatte sedan dessa bakterier för lösningar av natrium, magnesium och kalciumklorid samt perklorat, en kemisk förening som hittades av Phoenix landaren på Mars.
De utsattes sedan för lösningarna för temperaturer som sträckte sig från + 25 ° C till -30 ° C genom flera frys- och tinningscykler. Vad de fann var att bakteriens överlevnadshastigheter berodde på lösningen och de inblandade temperaturerna. Till exempel hade bakterier suspenderade i kloridinnehållande (saltlösning) prover bättre chanser att överleva jämfört med de i perkloratinnehållande prover - även om överlevnadsnivån ökade ju mer temperaturen sänktes.
Till exempel fann teamet att bakterier i en natriumkloridlösning (NaCl) dog inom två veckor vid rumstemperatur. Men när temperaturen sänktes till 4 ° C (39 ° F) började överlevnadsnivån att öka och nästan alla bakterier överlevde vid tiden temperaturerna nådde -15 ° C (5 ° F). Under tiden hade bakterier i magnesium- och kalciumkloridlösningarna höga överlevnadsnivåer vid –30 ° C (-22 ° F).
Resultaten varierade också för de tre saltlösningsmedlen beroende på temperaturen. Bakterier i kalciumklorid (CaCl2) hade signifikant lägre överlevnadshastigheter än de i natriumklorid (NaCl) och magnesiumklorid (MgCl2) mellan 4 och 25 ° C (39 och 77 ° F), men lägre temperaturer ökade överlevnaden hos alla tre. Överlevnadshastigheterna i perkloratlösningen var mycket lägre än i andra lösningar.
Emellertid var detta vanligtvis i lösningar där perklorat utgjorde 50% av massan av den totala lösningen (vilket var nödvändigt för att vattnet skulle förbli flytande vid lägre temperaturer), vilket skulle vara betydande giftigt. Vid koncentrationer på 10% kunde bakterier fortfarande växa. Detta är halvgod nyheter för Mars, där jorden innehåller mindre än en viktprocent perklorat.
Heinz påpekade emellertid också att saltkoncentrationerna i jord är annorlunda än de i en lösning. Ändå kan detta fortfarande vara goda nyheter när det gäller Mars, eftersom temperaturer och nederbördsnivåer det mycket liknar delar av jorden - Atacamaöknen och delar av Antarktis. Det faktum att bakterier har kan överleva sådana miljöer på jorden indikerar att de också kunde överleva på Mars.
I allmänhet indikerade forskningen att kallare temperaturer ökar mikrobiell överlevnad, men detta beror på typen av mikrob och sammansättningen av den kemiska lösningen. Som Heinz berättade för Astrobiology Magazine:
"[A] ll-reaktioner, inklusive de som dödar celler, är långsammare vid lägre temperaturer, men bakteriell överlevnad ökade inte mycket vid lägre temperaturer i perkloratlösningen, medan lägre temperaturer i kalciumkloridlösningar gav en markant ökning av överlevnadsförmågan. "
Teamet fann också att bakterier gjorde det bättre i saltare lösningar när det kom till frysning och upptining. I slutändan indikerar resultaten att överlevnadens alla kommer ner till en försiktig balans. Medan lägre koncentrationer av kemiska salter innebar att bakterier kunde överleva och till och med växa, skulle temperaturen vid vilka vatten skulle förbli i flytande tillstånd sänkas. Det indikerade också att salta lösningar förbättrar överlevnadsnivån för bakterier när det gäller frysnings- och upptiningscykler.
Naturligtvis betonade teamet att bara för att bakterier kan leva under vissa förhållanden betyder det inte att de kommer att trivas där. Som Theresa Fisher, en doktorand vid Arizona State University's School of Earth and Space Exploration och en medförfattare till studien, förklarade:
”Överlevnad kontra tillväxt är en riktigt viktig distinktion, men livet lyckas fortfarande överraska oss. Vissa bakterier kan inte bara överleva i låga temperaturer, utan kräver att de metaboliseras och trivs. Vi bör försöka vara opartiska när vi antar vad som är nödvändigt för att en organisme ska frodas, inte bara överleva. "
Som sådan arbetar Heinz och hans kollegor för närvarande på en annan studie för att bestämma hur olika koncentrationer av salter över olika temperaturer påverkar bakterieutbredningen. Under tiden kan denna studie och andra liknande ge en viss unik insikt i möjligheterna för utomjordiskt liv genom att sätta begränsningar för de typer av förhållanden som de kan överleva och växa i.
Dessa studier tillåter också hjälp när det gäller att söka utomjordiskt liv, eftersom att veta var livet kan existera gör att vi kan fokusera våra sökansträngningar. Under de kommande åren kommer uppdrag till Europa, Enceladus, Titan och andra platser i solsystemet att leta efter biosignaturer som indikerar förekomsten av liv på eller inom dessa organ. Att veta att livet kan överleva i kalla, känsliga miljöer öppnar upp fler möjligheter.
