在土星衛(wèi)星土衛(wèi)二的次表層海洋中發(fā)現(xiàn)生命的一個(gè)關(guān)鍵構(gòu)件
（神秘的地球uux.cn）據(jù)cnBeta：尋找地外生命的工作剛剛變得更加耐人尋味，因?yàn)橛擅绹髂涎芯吭旱男l(wèi)星Christopher Glein博士領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員在土星衛(wèi)星—土衛(wèi)二（Enceladus）的次表層海洋中發(fā)現(xiàn)了生命的一個(gè)關(guān)鍵構(gòu)件的新證據(jù)。  根據(jù)新的表層建模，土衛(wèi)二的海洋海洋應(yīng)該含有相當(dāng)豐富的溶解磷，這是現(xiàn)生生命的一個(gè)關(guān)鍵成分。
地外海洋學(xué)方面的個(gè)關(guān)權(quán)威專家Glein說：“土衛(wèi)二是人類在太陽系尋找生命的主要目標(biāo)之一。”他是鍵構(gòu)件最近發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上的一篇描述這項(xiàng)研究的論文的共同作者。“自美國宇航局的土星土衛(wèi)卡西尼號(hào)航天器訪問土星系統(tǒng)以來的幾年里，我們一再被收集的衛(wèi)星數(shù)據(jù)所帶來的發(fā)現(xiàn)所震驚。”
卡西尼號(hào)任務(wù)檢測并分析了土衛(wèi)二的表層液態(tài)水樣本，當(dāng)時(shí)冰粒和水蒸氣從該衛(wèi)星冰面的海洋裂縫中迸發(fā)到太空。
Glein說：“我們所了解到的現(xiàn)生是，該羽流幾乎包含了我們所知的個(gè)關(guān)生命的所有基本要求。雖然生物必需元素磷尚未被直接確定，鍵構(gòu)件但我們的土星土衛(wèi)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了它在這顆衛(wèi)星冰殼下的海洋中存在的證據(jù)。”
在過去的25年中，行星科學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一是，在我們的太陽系中，冰面層下有海洋的世界很常見。大行星的冰衛(wèi)星，包括木衛(wèi)二Europa、土衛(wèi)六Titan和土衛(wèi)二，以及像冥王星這樣更遙遠(yuǎn)的實(shí)體，都是這種世界的例子。像地球這樣有表面海洋的世界，必須與它們的主星保持在一個(gè)狹窄的距離范圍內(nèi)，以便保持適合表面液態(tài)水的溫度。另一方面，內(nèi)部水的海洋世界可能出現(xiàn)在更遠(yuǎn)的距離內(nèi)，大大增加了整個(gè)銀河系中預(yù)測存在的宜居世界的數(shù)量。
Glein說：“對太陽系中地外宜居性的探索已經(jīng)轉(zhuǎn)移了焦點(diǎn)，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在正在尋找生命的組成部分，包括有機(jī)分子、氨、含硫化合物以及支持生命所需的化學(xué)能量。磷是一個(gè)有趣的例子，因?yàn)橐郧暗墓ぷ鞅砻鳎谕列l(wèi)二的海洋中可能是稀缺的，這將使生命的前景黯淡。”
以磷酸鹽形式存在的磷對地球上的所有生命都至關(guān)重要。它是創(chuàng)造DNA和RNA、載能分子、人和動(dòng)物的細(xì)胞膜、骨骼和牙齒，甚至海洋中的浮游生物的微生物群所必需的。
團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行了熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模，根據(jù)卡西尼號(hào)對土衛(wèi)二的海洋-海底系統(tǒng)的見解，模擬了磷的地球化學(xué)。在研究過程中，他們建立了迄今為止最詳細(xì)的地球化學(xué)模型，說明海底礦物如何溶解到恩克拉多斯的海洋中，并預(yù)測磷酸鹽礦物在那里會(huì)有異常的可溶性。
Glein說：“基礎(chǔ)地球化學(xué)有一種優(yōu)雅的簡單性，使得溶解磷的存在不可避免，達(dá)到接近甚至高于現(xiàn)代地球海水的水平。這對天體生物學(xué)意味著什么，我們可以比以前更有信心，恩克拉多斯的海洋是可居住的。”
根據(jù)Glein的說法，下一步的計(jì)劃很清楚：“我們需要回到土衛(wèi)二，看看宜居海洋是否真的有生命居住”。
相關(guān)：中國科大發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)二冰下海洋中有豐富的磷供給潛在地外生命
（神秘的地球uux.cn）據(jù)中國科大新聞網(wǎng)：近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院的郝記華研究員與美國西南研究員的ChristopherGlein研究員等學(xué)者合作，構(gòu)建模擬土衛(wèi)二海水化學(xué)，發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)二水體中含有很豐富的溶解態(tài)磷酸根，可以支持潛在微生物的起源與繁盛。
相關(guān)研究成果以“Abundant phosphorus expected for possible life in Enceladus’socean”發(fā)表在國際一流學(xué)術(shù)期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences，USA》上。該發(fā)現(xiàn)首次揭示了生命關(guān)鍵營養(yǎng)元素磷在土衛(wèi)二冰下海洋中可以積累較高濃度，填補(bǔ)了土衛(wèi)二海洋宜居性研究的重要空白。
土衛(wèi)二是土星的一顆天然衛(wèi)星，體積較小，表面被厚厚的冰層覆蓋。傳統(tǒng)研究認(rèn)為，土衛(wèi)二等冰衛(wèi)星的內(nèi)部能量太少，不足以支撐其內(nèi)部長期存在液態(tài)水體。但1980年左右，美國宇航局(NASA)通過旅行者號(hào)（Voyager）I和II觀測到土衛(wèi)二表面非常光滑，且隕石坑密度在空間上相差很大，暗示其有活躍的水動(dòng)力活動(dòng)。2005年，NASA的卡西尼號(hào)(Cassini)號(hào)探測器通過更高分辨率的近軌觀察，發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)二表面有豐富的老虎紋（Tiger Stripes），并且首次在南極地區(qū)拍攝到水冰羽（Water plume），證實(shí)了冰下海洋的存在。隨后，卡西尼號(hào)掠過了土衛(wèi)二的水冰羽，并對其化學(xué)組分進(jìn)行分析，結(jié)果證明其有豐富的無機(jī)和有機(jī)構(gòu)成，包括Na+、K+、Cl-、HCO3-、CO32-等無機(jī)鹽以及C1-C6的有機(jī)物。NASA將土衛(wèi)二視為最有可能發(fā)現(xiàn)微生物活動(dòng)的地外星體（之一）。
目前，科學(xué)家已經(jīng)在土衛(wèi)二海水中發(fā)現(xiàn)了豐富的碳、氫、氧、氮及少量的硫，但對于生命六大基本構(gòu)成元素之一的磷仍然沒有相關(guān)報(bào)道。在地球表面水體中，磷往往以正磷酸（HxPO4(3-x)-）的形式存在，且溶解度極低，因此被普遍認(rèn)為是限制生命起源和生物生產(chǎn)力規(guī)模的關(guān)鍵營養(yǎng)元素。不同于地球海水，土衛(wèi)二海水被認(rèn)為是堿性（pH = 8.5 - 11）且還原性（含有大量的H2）。這種迥異的海水化學(xué)到底會(huì)對磷化學(xué)產(chǎn)生什么影響呢？土衛(wèi)二海洋中的磷元素會(huì)不會(huì)是限制其生命宜居性的關(guān)鍵？
針對上述關(guān)鍵科學(xué)問題，郝記華研究員領(lǐng)銜的國際合作團(tuán)隊(duì)，通過對Cassini已發(fā)表數(shù)據(jù)的解讀，設(shè)置土衛(wèi)二冰下海洋環(huán)境的邊界條件，構(gòu)建水-巖相互作用模型，模擬土衛(wèi)二海水化學(xué)。結(jié)果表明，即使海水呈現(xiàn)還原性，磷依然主要以正磷酸鹽（HPO42-）形式存在，其他磷形態(tài)（包括有機(jī)磷）不穩(wěn)定。此外，土衛(wèi)二海水中溶解的HPO42-可以達(dá)到10-5至10-3molal，遠(yuǎn)高于地球海水中的含量（10-7molal）。這主要是由于土衛(wèi)二海水堿性且高碳酸根的特征導(dǎo)致堿土及過渡金屬元素含量很低，從而提高了磷酸鹽礦物的溶解度。類似的現(xiàn)象也可以在地球上很多堿性且高碳酸根的湖泊中發(fā)現(xiàn)。此外，研究團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了水-巖相互作用的動(dòng)力學(xué)模型，證明海水對土衛(wèi)二核部的交代過程可以快速地釋放大量磷酸根，在105年之內(nèi)達(dá)到10-3molal。相比來說，土衛(wèi)二的海洋被認(rèn)為已經(jīng)存在了108-109年，遠(yuǎn)久于溶解反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間。
上述發(fā)現(xiàn)首次揭示了土衛(wèi)二海水中有比較高的溶解態(tài)磷。結(jié)合前人的研究，土衛(wèi)二海水中將含有豐富的六大生源元素（CHONPS），有利于生命的起源和微生物的生存。本研究成果彌補(bǔ)了土衛(wèi)二海水宜居性研究的空白，為未來發(fā)射冰衛(wèi)星載荷，探測土衛(wèi)二海洋中可能的生命信號(hào)提供了科學(xué)參考。此外，本研究構(gòu)建的土衛(wèi)二水-巖相互作用模型未來也可以應(yīng)用到研究其他營養(yǎng)元素以及其他冰衛(wèi)星海洋。
本研究受到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFA0718200）、中科院人才項(xiàng)目入選者計(jì)劃-青年項(xiàng)目、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)“雙一流”建設(shè)經(jīng)費(fèi)以及CIFAR Azrieli Global Scholarship等項(xiàng)目的支持。本文的第一和通訊作者為郝記華研究員，共同通訊作者為Christopher Glein研究員；第一和通訊單位為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。
全文鏈接：https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2201388119
相關(guān)：科學(xué)家在土星衛(wèi)星Enceladus上找到了生命所需的一種重要元素
（神秘的地球uux.cn）據(jù)cnBeta：由于在土星的衛(wèi)星之一--Enceladus的海洋中發(fā)現(xiàn)了一種新的重要元素，該衛(wèi)星上出現(xiàn)生命的機(jī)會(huì)可能已經(jīng)得到增加。根據(jù)9月份發(fā)表的新研究，該衛(wèi)星的海洋可能富含磷，而這是我們所知的生命所依賴的重要元素之一。
這項(xiàng)新研究發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。據(jù)研究人員介紹稱，根據(jù)在Enceladus上收集的最新數(shù)據(jù)創(chuàng)建的一個(gè)新模型似乎顯示這顆星球的海洋的磷濃度非常高。如果這個(gè)假設(shè)被證明是真的，那么在Enceladus上發(fā)現(xiàn)生命的機(jī)會(huì)可能會(huì)成倍地增加。

尋找外星生命是一個(gè)持續(xù)的過程，對許多人來說，“外星生命”一詞最常被解釋為小綠人或類似的意思。然而“外星生命”不一定是在海底的UFO。相反，外星生命可以是簡單的，如在一個(gè)星球上發(fā)現(xiàn)的小型生物體。即使在Enceladus上發(fā)現(xiàn)這種生命的機(jī)會(huì)對科學(xué)家來說也是意義非凡。
在西南研究所工作的科學(xué)家Christopher Glein博士指出，Enceladus是人類在太陽系尋找生命的主要目標(biāo)之一。而如果研究人員能夠證明關(guān)于海洋中磷含量的假說，這將增加我們?nèi)祟愒谶@顆星球上發(fā)現(xiàn)生命的機(jī)會(huì)。
不過為了證明這一假設(shè)并證明Enceladus上的生命機(jī)會(huì)跟研究人員們懷疑的一樣高，他們需要對它進(jìn)行更多的探索。這就是為什么研究人員希望未來的空間探測任務(wù)就像許多人正在推動(dòng)的天王星探測器一樣，可以讓我們?nèi)祟惲私飧唷?br>但由于NASA的注意力目前主要集中在Aretmis I的發(fā)射和讓人類前往火星的任務(wù)上，目前還不清楚這樣的任務(wù)何時(shí)可能真正發(fā)生。現(xiàn)在至少可以假設(shè)的是，Enceladus在其海洋表面深處隱藏著外星生命的可能性。

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