Identifying and distinguishing between abiotic and biotic signatures of organic molecules such as amino acids and fatty acids is key to the search for life on extraterrestrial ocean worlds. Impact ionization mass spectrometers can potentially achieve this by sampling water ice grains formed from ocean water and ejected by moons such as Enceladus and Europa, thereby exploring the habitability of their subsurface oceans in spacecraft flybys. Here, we extend previous high-sensitivity laser-based analog experiments of biomolecules in pure water to investigate the mass spectra of amino acids and fatty acids at simulated abiotic and biotic relative abundances. To account for the complex background matrix expected to emerge from a salty Enceladean ocean that has been in extensive chemical exchange with a carbonaceous rocky core, other organic and inorganic constituents are added to the biosignature mixtures. We find that both amino acids and fatty acids produce sodiated molecular peaks in salty solutions. Under the soft ionization conditions expected for low-velocity (2–6 km/s) encounters of an orbiting spacecraft with ice grains, the unfragmented molecular spectral signatures of amino acids and fatty acids accurately reflect the original relative abundances of the parent molecules within the source solution, enabling characteristic abiotic and biotic relative abundance patterns to be identified. No critical interferences with other abiotic organic compounds were observed. Detection limits of the investigated biosignatures under Enceladus-like conditions are salinity dependent (decreasing sensitivity with increasing salinity), at the μM or nM level. The survivability and ionization efficiency of large organic molecules during impact ionization appear to be significantly improved when they are protected by a frozen water matrix. We infer from our experimental results that encounter velocities of 4–6 km/s are most appropriate for impact ionization mass spectrometers to detect and discriminate between abiotic and biotic signatures.

中文翻译：

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区分与海洋世界相关的冰粒中氨基酸和脂肪酸的非生物和生物指纹。

识别和区分有机分子（如氨基酸和脂肪酸）的非生物和生物特征是在外星海洋世界寻找生命的关键。碰撞电离质谱仪可以通过对由海水形成并由土卫二和木卫二等卫星喷出的水冰粒进行采样来实现这一目标，从而在航天器飞越时探索其地下海洋的宜居性。在这里，我们扩展了之前对纯水中生物分子的高灵敏度激光模拟实验，以研究模拟非生物和生物相对丰度的氨基酸和脂肪酸的质谱。为了说明预计从土卫二咸洋中出现的复杂背景矩阵，该洋一直与碳质岩石核心进行广泛的化学交换，其他有机和无机成分被添加到生物印记混合物中。我们发现氨基酸和脂肪酸在盐溶液中都会产生钠化分子峰。在轨道航天器与冰粒的低速（2-6 公里/秒）遭遇预期的软电离条件下，氨基酸和脂肪酸的未碎片化分子光谱特征准确地反映了母体分子在冰粒中的原始相对丰度。源解决方案，能够识别特征性非生物和生物相对丰度模式。未观察到对其他非生物有机化合物的严重干扰。在类似土卫二的条件下所研究的生物特征的检测限是盐度依赖性的（随着盐度的增加而降低灵敏度），在 μ 我们发现氨基酸和脂肪酸在盐溶液中都会产生钠化分子峰。在轨道航天器与冰粒的低速（2-6 公里/秒）遭遇预期的软电离条件下，氨基酸和脂肪酸的未碎片化分子光谱特征准确地反映了母体分子在冰粒中的原始相对丰度。源解决方案，能够识别特征性非生物和生物相对丰度模式。未观察到对其他非生物有机化合物的严重干扰。在类似土卫二的条件下所研究的生物特征的检测限是盐度依赖性的（随着盐度的增加而降低灵敏度），在 μ 我们发现氨基酸和脂肪酸在盐溶液中都会产生钠化分子峰。在轨道航天器与冰粒的低速（2-6 公里/秒）遭遇预期的软电离条件下，氨基酸和脂肪酸的未碎片化分子光谱特征准确地反映了母体分子在冰粒中的原始相对丰度。源解决方案，能够识别特征性非生物和生物相对丰度模式。未观察到对其他非生物有机化合物的严重干扰。在类似土卫二的条件下所研究的生物特征的检测限是盐度依赖性的（随着盐度的增加而降低灵敏度），在 μ 在轨道航天器与冰粒的低速（2-6 公里/秒）遭遇预期的软电离条件下，氨基酸和脂肪酸的未碎片化分子光谱特征准确地反映了母体分子在冰粒中的原始相对丰度。源解决方案，能够识别特征性非生物和生物相对丰度模式。未观察到对其他非生物有机化合物的严重干扰。在类似土卫二的条件下所研究的生物特征的检测限是盐度依赖性的（随着盐度的增加而降低灵敏度），在 μ 在轨道航天器与冰粒的低速（2-6 公里/秒）遭遇预期的软电离条件下，氨基酸和脂肪酸的未碎片化分子光谱特征准确地反映了母体分子在冰粒中的原始相对丰度。源解决方案，能够识别特征性非生物和生物相对丰度模式。未观察到对其他非生物有机化合物的严重干扰。在类似土卫二的条件下所研究的生物特征的检测限是盐度依赖性的（随着盐度的增加而降低灵敏度），在 μ 氨基酸和脂肪酸的未碎片化分子光谱特征准确地反映了源溶液中母体分子的原始相对丰度，从而能够识别特征性非生物和生物相对丰度模式。未观察到对其他非生物有机化合物的严重干扰。在类似土卫二的条件下所研究的生物特征的检测限是盐度依赖性的（随着盐度的增加而降低灵敏度），在 μ 氨基酸和脂肪酸的未碎片化分子光谱特征准确地反映了源溶液中母体分子的原始相对丰度，从而能够识别特征性非生物和生物相对丰度模式。未观察到对其他非生物有机化合物的严重干扰。在类似土卫二的条件下所研究的生物特征的检测限是盐度依赖性的（随着盐度的增加而降低灵敏度），在 μM或 n M级。当大有机分子受到冷冻水基质的保护时，它们在碰撞电离过程中的生存能力和电离效率似乎得到了显着提高。我们从我们的实验结果推断，遇到 4-6 公里/秒的速度最适合碰撞电离质谱仪来检测和区分非生物和生物特征。