在寻找太阳系生命的过程中，土星的海洋卫星土卫二吸引了越来越多的关注。
在寻找太阳系生命的过程中，土星的海洋卫星土卫二吸引了越来越多的关注。
土星的冰卫星，土卫二。 （NASA、ESA、JPL、SSI、卡西尼成像团队）
我们对土卫二及其冰层海洋的了解大部分来自卡西尼号任务。卡西尼号于 2017 年结束了对土星系统的探索，但科学家们仍在研究其数据。
基于卡西尼号数据的新研究强化了土卫二拥有生命所需化学物质的观点。
在执行任务期间，卡西尼号发现了土卫二冰壳中喷出的间歇泉状水柱。 2008年，卡西尼号进行了一次近距离飞越，并用其宇宙尘埃分析仪（CDA）分析了羽流。
宇宙尘埃分析仪（CDA）显示羽流中的水含有令人惊讶的挥发物混合物，包括二氧化碳、水蒸气和一氧化碳。它还发现了微量的分子氮、简单的碳氢化合物和复杂的有机化学物质。
但卡西尼号的数据仍在分析中，即使在它完成任务并被送入土星大气层毁灭六年后也是如此。一篇题为“与理论生态系统广义模型一致的土卫二元素组成的观察”的新论文提出了一些新发现。主要作者是圣达菲研究所的博士后 Daniel Muratore。
这项工作的重点是在土卫二海洋中发现氨和无机磷。研究人员利用生态和代谢理论和模型来了解这些化学物质如何使土卫二适合生命。
作者解释说：“除了推测支持生态系统的生物活性化合物的阈值浓度之外，代谢和生态理论还可以提供强大的解释镜头来评估地外环境是否与生命生态系统兼容。”
生态理论的一个重要组成部分是雷德菲尔德比率。它以美国海洋学家阿尔弗雷德雷德菲尔德的名字命名。 1934 年，雷德菲尔德发表的结果表明，整个海洋生物量的碳、氮、磷 (C:N:P) 比例非常一致，为 106:16:1。其他研究人员发现，该比率根据区域和存在的浮游植物种类而略有变化。最近的研究将这一比例细化为 166:22:1。
确切的数字不一定是关键点。雷德菲尔德的结论是至关重要的部分。雷德菲尔德比率显示了深海生物的化学成分与海洋本身之间的显着统一。他提出，海水和浮游生物营养物质之间存在基于生物反馈的平衡。他描述了营养物质和简单生活的化学框架。
雷德菲尔德在论文的结论中说：“无论解释如何，海洋中生物可利用的氮和磷的数量与浮游生物利用它们的比例之间的对应关系是最令人感兴趣的现象。”
那么，土卫二海洋中氨和磷的发现与雷德菲尔德比和土卫二的生物潜力有何关系？
雷德菲尔德比率在地球上的生命之树中广泛存在。这篇新论文的作者写道：“由于这种看似普遍存在的现象，雷德菲尔德比率被认为是天体生物学生命探测的目标特征，特别是在木卫二和土卫二等海洋世界上。”
当谈到生命时，我们必须依靠地球。因此，利用地球上生命化学的基本方面作为镜头来检查其他潜在的生命支持世界是明智的。
对卡西尼号土卫二羽流数据的分析表明，海洋中无机磷酸盐含量很高。基于卡西尼号发现的其他地球化学模拟也表明了同样的情况。
作者解释道：“这些关于磷的报告是继之前从土卫二羽流中识别出许多陆地生命元素成分（C、N、H、O）的工作之后进行的。”
更多的分析表明，海洋含有许多生物体中常见的化学物质，如氨基酸前体、铵和碳氢化合物。
因此，土卫二的海洋具有丰富的化学成分，许多化学物质反映了生命的化学组成。特别是，有一个新的假设认为土卫二可能支持产甲烷作用。
地球上的古细菌在地球上广泛的不同环境条件下进行产甲烷作用，并且已经这样做了超过三十亿年，证明了它们的生存能力。生化模型表明，地球的产甲烷菌与土卫二的海洋是相容的。
研究人员为土卫二上的产甲烷菌开发了一种新的、更详细的模型，看看它们是否能在那里生存和繁衍。他们的模型严重依赖雷德菲尔德比率。他们发现，尽管月球海洋中磷的含量很高，但总体比例“可能仅限于类地细胞”。
“这些营养物质的高库存可能与由于生物圈较小或代谢缓慢、生命起源最近的生物圈或其他可能导致不平衡的原因而导致的不完全减少相一致。
那么土卫二上存在生命的前景又如何呢？
我们还处于生物特征科学的起步阶段。我们可以识别单个化学物质，但从这么远的距离，我们无法准确测量土卫二的整体化学成分。包括本文在内的较新的生物特征研究旨在确定生物过程如何以明显的方式重组化学元素。通过像雷德菲尔德那样观察整个生态系统，科学家可能会发现更明确的新生物特征。
如果我们能做到这一点，我们可能会发现非地球生命形式以完全不同的方式重组化学物质。
这项研究是一项新努力的一部分，旨在检测更多的个体化学生物特征，其中一些可能是误报。例如，甲烷可以是一种生物特征，但也可以通过非生物方式产生。还有其他的，比如最近在金星上发现的磷化氢。
下一步是了解整个生态系统。有许多令人眼花缭乱的因素需要考虑。细胞大小、养分利用率、辐射、盐度、温度。不断地。但要了解土卫二、木卫二或其他地方的整体化学环境，我们需要更详细的数据。
幸运的是，仪器科学不断进步，即将到来的木卫二任务将开始描绘一幅更全面的图景。作者表示，下一步需要更丰富的数据和更通用的方法。
他们写道：“我们建议进一步进行天体生物学研究的两个优先事项，以更好地理解这些结论的含义。” “首先，我们响应之前天体生物学文献中的呼吁，探索更普遍的新陈代谢和生理学概念。”
他们还认为，以生物化学的形式寻找与陆地生命的直接相似之处可能并不是在土卫二上寻找生命的最佳策略。
“其次，我们建议扩大地球模拟环境的范围，以包括那些与土卫二相似的极端资源供应比率的环境，”他们解释道。
正如这项研究清楚表明的那样，我们对宜居性的理解不断加深。很可能不会出现让我们突然明白的启示性时刻。
大自然创造了多种多样的世界，每个世界都有自己的化学成分。虽然使用雷德菲尔德比率等工具作为镜头是观察这些世界的独特荣耀的一种方式，但我们无法获得狭隘的视野。
虽然我们对其他星球上生命的大部分想象都是幻想和不可能的，但生命在土卫二上可能会找到另一种方式。生命可能以不同的方式存在于化学环境中并重组化学环境。
本文最初由今日宇宙发表