Published December 13, 2022 | Version v1
Journal article

Putative Methanogenic Biosphere in Enceladus's Deep Ocean: Biomass, Productivity, and Implications for Detection

Others:
Département de Biologie - ENS Paris ; École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides (IMCCE) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Lille-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC) ; Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR206-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Universitaire de France (IUF) ; Ministère de l'Education nationale, de l'Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.)
Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN) ; Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)) ; École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Observatoire de la Côte d'Azur (OCA) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Description

Abstract Saturn's moon Enceladus is a top candidate in the search for extraterrestrial life in our solar system. Ecological thermodynamic modeling of the plume composition data collected by NASA's Cassini mission led to the hypothesis that a hydrogenotrophic methanogenic ecosystem might exist in the putative hydrothermal vents at Enceladus's seafloor. Here we extend this approach to quantify the ecosystem's expected biomass stock and production and evaluate its detectability from the collection of plume material. We find that although a hypothetical biosphere in Enceladus's ocean could be small (<10 tons of carbon), measurable amounts of cells and organics might enter the plume. However, it is critical that missions be designed to gain meaningful insights from a negative outcome (no detection). We show that in order to sample a cell from the plume with 95% confidence, >0.1 mL of material needs to be collected. This would require material from more than 100 fly-bys through the plume or using a lander. We then consider amino acid abundance as an alternative signature and find that the absolute abundance of amino acids, such as glycine, could be very informative if a detection threshold of 1 × 10 −7 mol L −1 could be achieved. Altogether, our findings set relatively high bars on sample volume and amino acid detection thresholds, but these goals seem within the reach of near-future missions.

Abstract

International audience

Additional details

Created:
March 25, 2023
Modified:
November 29, 2023