美国西南研究院的科学家利用美国航天局卡西尼号（Cassini）太空船的数据，对土卫二（Enceladus）的地下海洋中的化学过程进行计算机模拟研究。 发现多样的新陈代谢方式能够支持土星这颗冰冷卫星地壳下面的液态海洋，可以存在多样化的微生物群落（microbial community）。
卡西尼号在2017年9月退役之前，采集了从土卫二冰冷表面裂缝产生的冰粒和水蒸气羽流（plume）样本，发现有可供微生物生存的食物氢分子。
德克萨斯大学圣安东尼奥分校（University of Texas at San Antonio）物理学博士姫斯汀·雷（Christine Ray）指出，在羽流中检测到分子氢显示，土卫二海洋中有可用的自由能（free energy）。 在地球上，利用氧气呼吸的生物会消耗葡萄糖和氧气等有机物质中的能量来产生二氧化碳和水。 厌氧微生物（Anaerobic microbes）可以代谢氢产生甲烷。 所有生命都可以蒸馏为与氧化剂和还原剂化合物不平衡相关的类似化学反应。
这种不平衡会产生位能（Potential Energy）梯度，氧化还原化学作用会在化学物质之间转移电子，最常见的情况是一种物质发生氧化而另一种物质产生还原。 这些过程对生命的许多基本功能至关重要，包括光合作用和呼吸。 例如，氢是支持生活在地球海洋中靠近热液喷口的厌氧微生物的化学能来源。 在地球的海底，热液喷口排放出含有丰富能源和矿物质的热流体，这些流体使独特的生态系统中充满了不寻常的生物得以繁衍。 先前的研究发现土卫二上热液喷口和化学不平衡的证据越来越多，这暗示了它的地下海洋是一个具备生命发展条件的地方。
雷博士表示：我们想知道其它类型的代谢途径是否也可以为土卫二的海洋提供能量来源。 由于需要使用一套尚未在土卫二的羽流中检测到的氧化剂，因此我们进行化学模拟试验，以确定海洋和岩心中的条件是否可以支持这些化学过程。
他们研究了来自太空的电离辐射如何产生氧化剂分子氧（dioxygen）和过氧化氢，以及海洋和岩心中的非生物地球化学如何导致化学不平衡，从而可能支持代谢过程。 研究小组考虑了如果还原剂的含量不明显，这些氧化剂是否会随时间累积。 他们还考虑了水性还原剂或海底矿物如何将这些氧化剂转化为硫酸盐和氧化铁。
雷博士还表示，我们将自由能的估算值与地球上的生态系统进行了比较，确定总体而言，我们的有氧代谢和无氧代谢值均达到或超过最低要求。 这些结果显示，氧化剂的产生和氧化化学作用可能有助于维持可能的生命以及土卫二上新陈代谢多样化的微生物群落。
西南研究院高级研究科学家克里斯托弗·格莱因（Christopher Glenn）博士说：「未来的太空船可以飞过土卫二的羽流，以测试海洋中氧化化合物的丰富程度。 这方面我们必须谨慎行事，要思考是否可能有一些我们未知向奇怪生命形式利用这些能源，因为这些能源似乎对土卫二的运作至关重要。
【图、文：节译自西南研究院2020年12月16日新闻公布】研究结果刊登在2020年12月5日出版的《伊卡洛斯》期刊
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