土星的卫星土卫二的甲烷羽流：可能的生命迹象？

亚利桑那大学和巴黎科学与文学大学的一项新研究表明，在土星卫星恩塞拉多斯的冰壳下隐藏的海洋中，可能存在一种未知的甲烷产生过程。

长期以来，从土卫二喷出的巨大水柱一直吸引着科学家和公众，激发了人们对广袤海洋的研究和猜测。据信，土卫二的岩石内核和冰壳之间夹着巨大的海洋。“卡西尼”号飞船穿过这些羽流并对它们的化学组成进行取样，探测到在地球海洋底部的热液喷口含有相对较高浓度的某些分子，特别是二氢、甲烷和二氧化碳。在烟柱中发现的甲烷量是特别出人意料的。

研究者们想知道:‘吃掉’二氢并产生甲烷的类地微生物能否解释卡西尼号探测到的惊人数量的甲烷?他们构建了数学模型，来计算包括生物甲烷生成在内的不同过程可能解释卡西尼号数据的可能性。他们应用新的数学模型，结合地球化学和微生物生态学来分析卡西尼烟羽数据，并模拟可能的过程，以最好地解释观测结果。他们得出的结论是，卡西尼号的数据要么与微生物热液喷口的活动一致，要么与不涉及生命形式但与已知发生在地球上的活动不同的过程一致。

在地球上，热液活动发生在寒冷的海水渗入海底，通过下面的岩石循环，并经过热源附近，如岩浆房，然后再通过热液喷口喷出水。在地球上，甲烷可以通过热液活动产生，但速度很慢。大部分生产是由于微生物利用水热生产的二氢的化学不平衡作为能源，并在一个称为甲烷生成的过程中从二氧化碳中产生甲烷。研究者们观察了土卫二内部发生的一些化学和物理过程的最终结果——羽流的组成。首先，研究人员评估了什么样的水热生产的二氢最符合卡西尼号的观测结果，以及这种生产是否能够提供足够的“食物”来维持类地球的氢化产甲烷菌的数量。为了做到这一点，他们开发了一种假设的氢养型甲烷菌的种群动态模型，这种菌的热和能量生态位是根据地球上已知的菌株建立的。然后作者运行这个模型，看看给定的一组化学条件，比如热液中的二氢浓度和温度是否能为这些微生物的生长提供一个合适的环境。他们还研究了假设的微生物种群对其环境的影响——例如，对烟柱中二氢和甲烷的逃逸率的影响。

研究者说，他们不仅可以评估卡西尼号的观测结果是否适合生命生存，而且还可以对预计的观测结果做出定量预测，如果甲烷生成真的发生在土卫二的海底。结果表明，即使是基于已知热液化学的非生物甲烷产量的最高可能估计——或没有生物帮助的甲烷产量——也远远不足以解释在羽流中测量到的甲烷浓度。然而，如果将生物产甲烷作用加入其中，就能产生足够的甲烷来匹配卡西尼号的观测结果。

研究者表示，显然，不能断定土卫二的海洋中存在生命。相反，更想知道土卫二的热液喷口有多大可能适合类地微生物生存。根据模型，卡西尼号的数据告诉我们，很有可能。研究者希望他们的研究能够为旨在更好地理解卡西尼号观测结果的研究提供指导，并鼓励研究阐明产生足够甲烷的非生物过程，以解释这些数据。例如，甲烷可能来自于可能存在于土卫二核心的原始有机物的化学分解，这些物质可以通过热液过程部分转化为二氢、甲烷和二氧化碳。研究人员表示，如果恩塞拉多斯是通过彗星提供的富含有机物的物质的吸积而形成的，那么这个假设就非常可信了。这在一定程度上可以归结为我们一开始就认为不同假说的可能性有多大。例如，如果我们认为土卫二存在生命的可能性非常低，那么这种替代的非生物机制就变得更有可能，即使它们与我们在地球上所知道的相比非常陌生。

另外，研究有一个非常有前途的进步在于它的方法,因为它并不局限于特定系统,如室内海洋冰冷的卫星和铺平了道路处理化学数据来自太阳系之外的行星中他们在未来几十年里变得可用。