氧化过程丰富了土卫二上的代谢菜单

卡西尼号飞往土星系统的任务发现了从卫星土卫二冰面裂缝中喷发的冰粒和水蒸气羽流。这颗卫星拥有一个与其冰壳之下岩石核心相接触的全球性海洋，这使其成为在太阳系中搜寻地外生命证据的有希望之地。此前在羽流中检测到 H$_2$ 表明存在可供产甲烷作用利用的自由能，即 H$_2$ 与 CO$_2$ 反应生成甲烷和水的代谢反应。其他代谢途径可为土卫二海洋提供能量来源，但需要使用羽流中尚未检测到的其他氧化剂。在此，我们进行化学建模，以确定放射性裂解产生的 O$_2$ 和 H$_2$O$_2$，以及海洋和岩石核心中的非生物氧化还原化学，如何促成可能支持土卫二海洋中代谢过程的化学不平衡。我们考虑了海洋氧化还原化学的三种可能情形：情形 I 中还原剂不存在于可观数量且氧化剂随时间积累；情形 II 和 III 中分别由水相还原剂或海底矿物将 O$_2$ 和 H$_2$O$_2$ 转化为 SO$_4^{2-}$ 和铁 oxyhydroxides（羟基氧化铁）。我们计算了所有三种情形下可供代谢反应利用的氧化剂浓度和化学能的上限，忽略额外的非生物反应。对于所有三种情形，我们发现地球上微生物所使用的许多好氧和厌氧代谢反应都能达到陆地生命将 ADP 转化为 ATP 所需的最小自由能阈值，并能在土卫二海底和/或海洋中维持正的细胞密度值。这些发现表明，氧化剂的产生和氧化化学可能有助于支持土卫二上可能的生命和一个代谢多样的微生物群落。