La lune glacée de Jupiter, Europe, est une cible majeure de la recherche en astrobiologie car elle offre un environnement habitable possible. Sous sa croûte glacée de 10 km d'épaisseur se trouve un océan d'eau liquide de plus de 100 km de profondeur. L'énergie dérivée de l'interaction gravitationnelle de la lune avec Jupiter maintient cet océan au chaud.

Des recherches théoriques pour évaluer l'habitabilité microbienne d'Europe à l'aide de données collectées dans des environnements analogues sur Terre ont été menées par un groupe de chercheurs brésiliens liés à l'Université de São Paulo (USP). Ils ont publié leur rapport dans Rapports scientifiques .

"Nous avons étudié les effets possibles d'une source d'énergie biologiquement utilisable sur Europe sur la base d'informations obtenues à partir d'un environnement analogue sur Terre, " dit Douglas Galante, chercheur au Laboratoire national de lumière synchrotron (LNLS) du Brésil et au Centre de recherche en astrobiologie (NAP-Astrobio) de l'Institut d'astronomie de l'Université de São Paulo, Géophysique et sciences de l'atmosphère (IAG-USP).

Galante coordonne l'étude, qui vise à étudier des endroits au Brésil et en Afrique avec des vestiges possibles de transformations géochimiques et isotopiques liées à l'émergence de la vie multicellulaire à l'âge néoprotérozoïque.

Dans la mine d'or de Mponeng près de Johannesburg, Afrique du Sud, à une profondeur de 2,8 km, les chercheurs ont trouvé des traces de changements majeurs liés à l'histoire de la vie sur Terre, et un contexte terrestre analogue à Europe. Ils ont découvert que la bactérie Candidatus desulforudis audaxviator survit à l'intérieur de la mine sans soleil grâce à la radiolyse de l'eau, la dissociation des molécules d'eau par rayonnement ionisant.

"Cette mine souterraine très profonde a de l'eau qui fuit par des fissures qui contiennent de l'uranium radioactif, " a déclaré Galante. " L'uranium décompose les molécules d'eau pour produire des radicaux libres (H+, OH-, et d'autres), qui attaquent les roches environnantes, en particulier la pyrite (disulfure de fer, FeS2), produire du sulfate. Les bactéries utilisent le sulfate pour synthétiser l'ATP [adénosine triphosphate], le nucléotide responsable du stockage d'énergie dans les cellules. C'est la première fois qu'on découvre qu'un écosystème survit directement grâce à l'énergie nucléaire."

Selon Galante et ses collègues, l'environnement colonisé par les bactéries dans la mine de Mponeng est un excellent analogue de l'environnement supposé exister au fond de l'océan d'Europe.

Bien que la température à la surface d'Europe soit proche du zéro absolu, il y a une énorme quantité d'énergie thermique dans son noyau, comme effet de l'interaction d'Europe avec la puissante gravité de Jupiter, ce qui rend l'orbite du satellite extrêmement elliptique. Ainsi, Europa orbite soit très près, soit assez loin de la géante gazeuse. La lune subit une déformation géométrique en raison de l'immense force de marée de Jupiter. L'énergie libérée par les états alternatifs d'allongement et de relaxation rend le sous-sol d'Europe capable d'accueillir un océan d'eau liquide.

"Toutefois, il ne suffit pas qu'il y ait de l'eau liquide chauffée, " a déclaré Galante. Selon le chercheur, l'activité biologique est basée sur des différences dans les concentrations de molécules, des ions ou des électrons dans des régions distinctes qui produisent un flux dans une certaine direction, permettant l'apparition de la respiration cellulaire, photosynthèse, Production d'ATP et autres processus communs aux êtres vivants.

"Emanations hydrothermales - d'hydrogène moléculaire [H2], sulfure d'hydrogène [H2S], acide sulfurique [H2SO4], méthane [CH4] et ainsi de suite—sont des sources importantes de déséquilibre chimique et des facteurs potentiels de transduction biologique, c'est à dire., transformation du déséquilibre en énergie biologiquement utile, " Galante a déclaré. "Ces sources hydrothermales sont le scénario le plus plausible pour l'origine de la vie sur Terre."

Enquêter sur les conditions en Europe pour la production d'ATP

Le groupe a évalué comment les déséquilibres chimiques en Europe pourraient être initiés par l'émanation de l'eau conduisant à des réactions en chaîne entre l'eau et les éléments chimiques trouvés dans la croûte d'Europe. il y a un manque total de données empiriques à l'appui. "C'est pourquoi nous avons recherché un effet physique plus universel qui était très susceptible de se produire. Cet effet était l'action de la radioactivité, " dit Galante.

Les corps célestes du système solaire avec des noyaux rocheux partagent les mêmes matières radioactives, éjecté dans l'espace par des explosions de supernova qui ont donné naissance au soleil et aux planètes. Les chercheurs ont considéré les concentrations d'uranium, thorium et potassium sur Europe sur la base des quantités déjà observées et mesurées sur Terre, dans les météorites et sur Mars.

« À partir de ces montants, nous avons pu estimer l'énergie libérée, comment cette énergie interagit avec l'eau environnante, et l'efficacité de la radiolyse de l'eau résultant de cette interaction à générer des radicaux libres, " dit Galante.

Selon l'étude, avec les radionucléides, la pyrite est un ingrédient crucial dont la présence est indispensable à la vie en Europe. "One of the proposals deriving from our study is that traces of pyrite should be looked for as part of any assessment of the habitability of a celestial body, " said Galante. Chances for finding pyrite in a hypothetical mission to Europa are good, since sulfur (S) and iron (Fe) are elements found in abundance across the solar system.

"The ocean bed on Europa appears to offer very similar conditions to those that existed on primitive Earth during its first billion years. So studying Europa today is to some extent like looking back at our own planet in the past. In addition to the intrinsic interest of Europa's habitability and the existence of biological activity there, the study is also a gateway to understanding the origin and evolution of life in the universe."