Живот в течен метан, наука и живот

Дневникът е добавен в кошницата.

Живот в течен метан?

Химиците са показали, че на Луната на Сатурн - Титан може да има структури, подобни на клетъчните мембрани на живите организми. Вярно е, че те могат да съществуват само в течен метан при изключително ниски температури.

Един от основните въпроси, на който все още не е отговорено, е как е възникнал животът на Земята. Съществуват различни теории за това как органичните молекули са се появили в първичния океан, които са били в състояние да се възпроизвеждат. Но нищо от това нямаше да се случи, ако на нашата планета нямаше вода. Във водата протичат всички биохимични реакции, които правят молекулите „живи“. За да се разглежда един организъм като нещо отделно, той трябва да има граница, която го отделя от околната среда. Ролята на такава бариера се играе от клетъчната мембрана. Състои се от определени молекули - липиди. Особеността на липидите е, че те имат полярна глава и неполярна опашка. И въпреки че полярната мечка се нарича още полярна, тя няма нищо общо с липидите. В този случай полярността е свойство на молекулите. Например, молекула вода и алкохол е полярна, но маслото не. Благодарение на принципа, че подобно се смесва с подобно, можете да получите добре познатия разтвор на алкохол във вода, но не можете да разтворите масло в чаша вода.

Липидите се подчиняват на същите закони, с единственото условие, че имат както полярни, така и неполярни части, свързани помежду си. Ако такива молекули се поставят във вода и това, както си спомняме, е полярна среда, тогава липидите ще започнат да се самоорганизират в структура, наречена липиден бислой. Липидите са подредени по такъв начин, че полярните части, главите, са обърнати навън, към водата, а неполярните опашки са навътре. За аналогия можете да си представите палто от овча кожа: козината, а това са нашите неполярни опашки, изглежда навътре, а кожата изглежда навън. Такъв двоен слой липиди образува клетъчната мембрана. За да работи цялата тази система, е необходима вода. В Слънчевата система Земята е единствената планета, която има вода в обитаема течна форма. Замразената вода не е само на Земята, тя е на същите комети, но, уви, те са подходящи само за замразяване. Но за живота в нашето, макар и по-общо разбиране, е необходима течна среда. Тогава възниква въпросът - ако не на Земята, то къде?

Възможно е на Марс да е имало морета и океани, но сега повърхността на най-близкия ни планетен съсед е суха и по него успешно пътува марсоходът Curiosity. Меркурий, Венера, Юпитер и Сатурн също не са много обнадеждаващи по отношение на водните повърхности. Астрономите обаче са открили, че последният има спътник Титан и има морета върху него. Уловката е, че тези морета се състоят от течни въглеводороди, включително метан и етан, освен с температури под -180 ° C. Този факт ни най-малко не обърква химиците от университета Корнел и те решават да видят какви химически структури могат да съществуват. при такива условия. Като отправна точка те взеха самия липиден бислой, който изгражда клетъчните мембрани на Земята. Изследователите не са се опитвали да намерят земна форма на биологична материя, която да оцелее в студените морета на Титан. Предизвикателството беше да се намери структура, която да изпълнява същите функции в течен метан като клетъчната мембрана във вода.

Нека си спомним за полярните и неполярните молекули. Водата е полярна, а метанът е неполярен, което означава, че за „титанова“ мембрана нейната структура трябва да бъде обърната отвътре - овчият кожух се превръща обратно в кожух, а полярните глави се скриват от молекулите на метана вътре в двойната слой. Освен това мембраната трябва да е еластична - не трябва да „тен” при ниски температури на течен метан. И, преди всичко, е необходимо молекулите, които го образуват, да могат да се самоорганизират. Това означава, че мембраната трябва да се събере от отделни молекули.

Изследователите извършиха компютърни изчисления, в които симулираха поведението на различни вещества в течен метан и бяха изненадани да установят, че проста молекула акрилонитрил е в състояние да образува мембраноподобни структури. Молекулите, събрани на двойни слоеве, ориентират полярните нитрилни групи навътре и излагат въглеводородната "опашка" навън. Такива структури, подобни на размерите си на малки земни вируси, се оказаха доста стабилни, което означава, че има възможност много тежки обекти да съществуват в течен метан. Разбира се, не може да се каже, че някои акрилонитрилни чудовища плуват в метановите морета на Титан, но може би си струва да помислим какво е животът и къде може да бъде намерен. Ако водата е толкова необходима за сухоземните организми, тогава може би някои течни въглеводороди са жизненоважни и за други форми.

А - акрилонитрилните молекули в течност са свързани чрез водородни връзки между азотния атом и водорода на етиленовата група. Молекулите са разстроени

В - фрагмент от кристал от твърд акрилонитрил. Нитрилните групи са ориентирани далеч една от друга

С - в присъствието на течен метан става по-изгодно за акрилонитрилните молекули да ориентират полярните нитрилни групи вътре в частицата, така че да не влизат в контакт с неполярни молекули на етан

D - сферична структура, образувана от двоен слой. Нитрилните групи са ориентирани вътре в слоя, а етиленовите опашки са ориентирани навън и вътре в сферата. Диаметърът на такава мембраноподобна сфера е 90 ангстрема, което е съпоставимо с размера на малките вируси. Снимка: Джеймс Стивънсън/Научен напредък

Автор: Максим Абаев

Прочетете също:

Извънземен живот: къде и как да търсите?

За целия 17 век е открита една планета, през 18 и 19 век - още две. Сега астрономите откриват няколко десетки планети годишно - в далечни звездни системи. И хората започват да се притесняват все повече и повече по въпроса: сами ли сме във Вселената?