Υπάρχει πιθανότητα η μεθανογένεση στον Εγκέλαδο (τον δορυφόρο του Κρόνου), να οφείλεται σε μικροβιακούς οργανισμούς;
Η αποστολή της NASA Cassini αποκάλυψε την ύπαρξη ωκεανών και υδροθερμικής δραστηριότητας κάτω από την παγωμένη επιφάνεια του δορυφόρου του Κρόνου, Εγκέλαδου. Γνωρίζουμε ότι στα υδροθερμικά συστήματα της Γης αναπτύσσεται μικροβιακή ζωή. Πόσο πιθανό είναι οι υδροθερμικές πηγές του Εγκέλαδου να φιλοξενούν μικροοργανισμούς παρόμοιους με αυτούς των υδροθερμικών συστημάτων της Γης;
Η υδροθερμική κυκλοφορία είναι πιθανώς υπεύθυνη για το πιο αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό του Εγκέλαδου: τους πίδακες νερού που εκτοξεύονται από ρωγμές στον πάγο, κυρίως στο νότιο πόλο του. Από τις φασματοσκοπικές μετρήσεις που πραγματοποίησε το διαστημικό σκάφος Cassini, βρέθηκε ότι οι πίδακες περιείχαν σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις υδρογόνου (H2), μεθανίου (CH4), και διοξειδίου του άνθρακα (CO2).
Στις υδροθερμικές πηγές της Γης, το μεθάνιο μπορεί να παραχθεί αβιοτικά σε ρευστά πλούσια σε H2, αλλά με αργό ρυθμό. Το μεγαλύτερο μέρος της παραγωγής οφείλεται σε μικροοργανισμούς που αξιοποιούν τη χημική ανισορροπία του υδροθερμικά παραγόμενου H2 ως πηγή ενέργειας και παράγουν μεθάνιο (CH4) από διοξείδιο του άνθρακα (CO2) σε μια διαδικασία που ονομάζεται μεθανογένεση [CO2 + 4H2 → CH4 + 2 H2O]. Η αναζήτηση μεθανογόνων – μικροοργανισμών που παράγουν μεθάνιο – στον πυθμένα του Εγκέλαδου θα απαιτούσε εξαιρετικά δύσκολες διαστημικές αποστολές, με στόχο την κατάδυση στα βάθη του εξωγήινου ωκεανού, κάτι που δύσκολα θα πραγματοποιηθεί στις επόμενες δεκαετίες.
Μέχρι τότε υπάρχει ένας ευκολότερος δρόμος, στρωμένος με μαθηματικά. Αυτόν ακολούθησαν οι Affholder et al στην εργασία τους ‘Bayesian analysis of Enceladus’s plume data to assess methanogenesis‘. Κατασκεύασαν μαθηματικά μοντέλα για να εκτιμήσουν πόσο πιθανές είναι διάφορες διαδικασίες που θα μπορούσαν να εξηγήσουν τις περιεκτικότητες μεθανίου που μέτρησε η αποστολή Cassini, συμπεριλαμβανομένης και της περίπτωσης η μεθανογένεση να οφείλεται σε εξωγήινα μικρόβια.
Ο στατιστικός έλεγχος που έκαναν οι Affholder et al έδειξε ότι μια αβιοτική παραγωγή μεθανίου, παρόμοια με αυτή που συμβαίνει στην Γη, είναι απίθανη, ενώ αντίθετα, φαίνεται αρκετά πιθανή μια μικροβιακή μεθανογένεση.
Πρέπει να συμπεράνουμε ότι στα βάθη του ωκεανού του Εγκέλαδου υπάρχει μικροβιακή ζωή; Κατηγορηματικά όχι. Το συμπέρασμα που προκύπτει από την εν λόγω μελέτη είναι στην ουσία ένα αρνητικό (αλλά ενδιαφέρον) αποτέλεσμα.
Η επιστήμη βασίζεται σε υποθέσεις και προβλέψεις που μπορούν να ελεγχθούν και ενδεχομένως να απορριφθούν. Όταν προσπαθούμε να αποδείξουμε την αποτελεσματικότητα ενός φαρμάκου στην ιατρική, ελπίζουμε ότι οι ασθενείς που έλαβαν πραγματικά το φάρμακο να εμφανίσουν θετική ανταπόκριση, σημαντικά διαφορετική από την ομάδα που έλαβε το εικονικό φάρμακο. Το μέγεθος αυτής της διαφοροποίησης μας δείχνει αν και πόσο αποτελεσματικό είναι το φάρμακο. Αν γνωρίζουμε κάτι περισσότερο σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας του φαρμάκου, ίσως να είμαστε σε θέση να προτείνουμε μια ποσοτική πρόβλεψη για την αποτελεσματικότητά του και να δούμε αν ταιριάζει με τις παρατηρήσεις.
Η συλλογιστική των ερευνητών Affholder et al είναι στην ουσία η ίδια, αν και δεν εκτελούν ένα ελεγχόμενο πείραμα, όπως θα συνέβαινε κατά τον έλεγχο της αποτελεσματικότητας ενός φαρμάκου ή ενός εμβολίου. Έχουν μόνο μερική γνώση του συστήματος και μπορούν να μελετήσουν μόνο ορισμένες από τις διαδικασίες που πραγματοποιούνται, κι αυτό εισάγει κάποια μικροδιαφοροποίηση στην ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Ανέπτυξαν το μοντέλο τους για να ελέγξουν ή καλύτερα για να απορρίψουν την υπόθεση της μικροβιακής μεθανογένεσης χρησιμοποιώντας τα δεδομένα Cassini σχετικά με το εσωτερικό του Εγκέλαδου. Η στατιστική τους ανάλυση έδειξε ότι η υπόθεση της παραγωγής μεθανίου από μικρόβια δεν απορρίπτεται από τα δεδομένα του Cassini. Αντίθετα, απορρίπτεται η υπόθεση μιας αβιοτικής υδροθερμικής παραγωγής μεθανίου που μοιάζει με αυτήν της Γης
Επομένως, τι μας διδάσκει αυτή η εργασία; Πρώτον, μας καθοδηγεί σχετικά με την επιπλέον έρευνα που απαιτείται για την καλύτερη κατανόηση των παρατηρήσεων που έκανε το Cassini. Πρέπει να διευκρινίσουμε τις αβιοτικές διεργασίες που θα μπορούσαν να παράγουν αρκετό μεθάνιο για να εξηγήσουν τα δεδομένα. Για παράδειγμα, το μεθάνιο θα μπορούσε να προέρχεται από την πυρόλυση της αρχέγονης οργανικής ύλης που υπάρχει πιθανώς στον πυρήνα του Εγκέλαδου, η οποία θα μπορούσε εν μέρει να μετατραπεί σε υδρογόνο, μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα μέσω της υδροθερμικής διαδικασίας.
Δεν μπορούμε ακόμη να ποσοτικοποιήσουμε την παραγωγή μεθανίου με αυτήν τη διαδικασία, γι αυτό θα ήταν χρήσιμο να μάθουμε περισσότερα σχετικά με την ιστορία του Εγκέλαδου. Συγκεκριμένα, εάν ο Εγκέλαδος σχηματίστηκε διαμέσου της συσσώρευσης υλικού πλούσιου σε οργανικές ενώσεις (π.χ. από κομήτες), η υπόθεση της προέλευσης του μεθανίου από την πυρόλυση μπορεί να είναι πολύ πιθανή. Ένας εναλλακτικός μηχανισμός είναι η απελευθέρωση του αρχέγονου μεθανίου που θάφτηκε στον Εγκέλαδο κατά τον σχηματισμό του.
Έχοντας υπόψιν αυτούς τους μηχανισμούς, πώς θα άλλαζαν τα προηγούμενα συμπεράσματα της εργασίας αν μπορούσαν να παραχθούν αυθαίρετα μεγάλες ποσότητες μεθανίου από έναν αβιοτικό μηχανισμό στο εσωτερικό του Εγκέλαδου; Σύμφωνα με τους Affholder et al, ο συνδυασμός αυξημένης παραγωγής αβιοτικού μεθανίου μαζί με βιολογική μεθανογένεση θα μπορούσε να αποδώσει την παρατηρούμενη αφθονία μεθανίου στους πίδακες. Σε αυτό το πείραμα σκέψης, η απόρριψη οποιασδήποτε υπόθεσης (παραγωγή αβιοτικού μεθανίου έναντι μικροβιακής μεθανογένεσης) οφείλεται εν μέρει στο πόσο πιθανές πιστεύουμε ότι είναι αυτές οι a priori υποθέσεις. Για παράδειγμα, εάν ορίσουμε μια μικρή πιθανότητα εμφάνισης ζωής στον Εγκέλαδο, τότε η υπόθεση της πυρόλυσης αποδεικνύεται εξαιρετικά πιθανή.
Η παραπάνω μπεϋζιανή προσέγγιση δεν περιορίζεται σε συγκεκριμένα συστήματα, όπως εσωτερικοί ωκεανοί παγωμένων δορυφόρων, αλλά θα μπορούσε να εφαρμοστεί και στα ατμοσφαιρικά δεδομένα που θα αποκτηθούν στις επόμενες δεκαετίες από τους εξωπλανήτες για τον έλεγχο της κατοικισιμότητάς τους.
