Русский изменить

Ошибка: нет перевода

×

глава 6

Main page / Генетика XXII века / ГЕНЫ. ДНК. РНК / Гистоны стержневые и линкерные, гистоновый комплекс. Стержневой октамер, нуклеосома. Sir1, Sir2, Sirt6. Стазис, апоптоз. Аутоиммунные заболевания. Фибрилла. Хроматосома. ДНК-полимераза. Хеликаза. ДНК-праймаза. Праймер. Архей. Палеогенетика. Астробиология. Аэробы и анаэробы. Метаболизм, катаболизм, анаболизм. Кислородная катастрофа. Титан. Ацетилен. Акрилонитрил. Азотосома. Толины.

Содержание

    Говоря о хромосомах, мы должны понимать, что они вообще-то очень длинные. Если взять хромосомы одной клетки и вытянуть их во всю длину, получится спираль длиной в пару метров. Немножко длинновато для клетки:) Поэтому в клеточном ядре хромосомы определенным и очень сложным образом упакованы, и как мы помним, эта упаковка не жесткая, а динамичная, позволяющая хромосомным участкам распушаться и вновь концентрироваться. В самых общих чертах упаковка хромосомы происходит следующим образом. Сначала кусочек двойной спирали наматывается на так называемый гистоновый комплекс, который состоит из восьми отдельных гистонов – специальных белков с хвостиками. Подвергая хвосты гистонов той или иной химической модификации, специальные белки оказывают влияние на состояние данного гистонового комплекса, управляя тем самым данным участком хромосомы. Итак, по всей своей длине двойная спираль оказывается намотанной на множество гистоновых комплексов.

    Восемь гистонов, собранных в «кулак», называются стержневым октамером. Вокруг стержневого октамера, точнее прямо на него, как на шпульку/бобину цилиндрической формы, наматывается участок хромосомы, причем здесь хромосома делает ровно два оборота. Весь этот объект целиком: стержневой октамер + намотанный на него в два оборота участок хромосомы, называется нуклеосомой. Если мы посмотрим на хромосому в этом состоянии, то увидим нечто вроде нитки, густо усаженной узелками. Каждый такой узелок — это нуклеосома. Две соседние нуклеосомы связаны кусочком двойной спирали из молекул ДНК.

    Длинный ли участок хромосомы оказывается намотанным на октамер? Не слишком. Примерно 140-150 нуклеотидных пар (н.п.), и еще примерно 50-70 н.п. находится между соседними нуклеосомами. Итого 190-220 н.п. хромосомы находятся в районе одной нуклеосомы.

    Но если участок хромосомы намотан на октамер, это же не означает, что он в таком состоянии пребывает всегда, ведь тогда хромосома не могла бы работать, гены не могли бы считываться. Поэтому нуклеосомы умеют сплетаться и расплетаться благодаря нужным химическим модификациям хвостов гистонов. А значит должно быть что-то, что поддерживает нуклеосому в собранном состоянии и не позволяет ей расплетаться раньше, чем это нужно. Оказывается, у каждой нуклеосомы есть свой особый белок, выполняющий роль зажима. Это тоже гистон, и он называется линкерным гистоном. По своей структуре он отличается от стержневых гистонов.

    Вместе нуклеосома и линкерный гистон образуют хроматосому.

    До сих пор в точности неизвестно — как именно линкерный гистон располагается в хроматосоме. Структурные исследования показывают, что по крайней мере во многих случаях линкерный гистон просто прикреплен сверху катушки, придерживая ее в собранном состоянии.

    В то же время другие исследования показывают, что иногда линкерный гистон вставлен между стержневым октамером и хромосомой, и это кажется довольно странным способом крепления хроматосомы, но вот так.

    Гистоны отнюдь не являются какими-то инертными шпульками для ниток. Нет, они принимают живейшее участие в функционировании генома и эпигенома, составляя, таким образом, полноправную часть нашего генетического материала. Одним из важнейших открытий в генетике начала XXI века стало открытие гистонового кода, о котором мы узнаем позже.

    Влияние на работу генома посредством модификации гистонов является одной из разновидностей эпигенетического регулирования работы генома, ведь сама ДНК остается при этом такой, какой она и была, но за счет изменения свойств гистонов гены начинают работать чаще или реже, или вообще блокируются.

    Приведу один пример такого влияния на геном через гистоны.

    Мы уже знаем, что дрожжи являются одним из удобных для генетиков модельных организмов.

    Было замечено, что если в дрожжевой клетке есть повышенное содержание фермента Sir2, то она живет на 30% дольше (Sir2 — это дрожжевой белок, относящийся к классу сиртуинов; млекопитающие имеют его аналог Sir1). Разумеется, ученых это не могло не заинтересовать, потому что ученые тоже хотят жить подольше. Оказалось, что этот белок занимается такой модификацией гистонов, в результате которой доступ к соответствующим участкам хромосомы усложняется, а значит гены с них считываются реже, или даже вообще не считываются. Соответственно и белки, которые делаются с этих генов, производятся меньше или вообще перестают производиться.

    Опыты на нематодах и дрозофилах дали тот же результат – срок жизни увеличивается. Перешли к мышам, но тут все оказалось предсказуемо сложнее: у мышей нашли целых семь вариантов этого фермента, но оказалось, что при исследовании старения можно сосредоточиться лишь на одном из них — Sirt6 (сиртуин-6). Мыши, чьи клетки не производили этот фермент, казались нормальными при рождении, разве что были немного мельче обычных, но в возрасте двух недель у них начинал стремительно развиваться весь набор признаков старения, и еще через две недели они умирали (обычные лабораторные мыши могут дожить до возраста двух лет, как и осьминоги).

    Полученные наблюдения давали все основания предположить, что именно активность этого фермента блокирует начало старения, поэтому начались исследования того, что именно он делает у мышей. Оказалось, что Sirt6 имеет свойства, отличающие его от других ферментов, модифицирующих гистоны тем же способом:

    1. Он может работать только с одной из 20 встречающихся в гистонах аминокислот, причем находящейся только на одном из пяти типов гистонов и только в двух определенных позициях. Это крайне узкая специализация для фермента такого типа!
    2. Его активность в основном происходит на гистонах, находящихся в области теломер – это особенно интересно, так как мы знаем, какую важную роль играют теломеры с точки зрения долгожительства клетки.
    3. Еще одна часть активности Sirt6 направлена на гистоны, связывающие специфическую группу генов, отвечающих за самоуничтожение клетки (апоптоз), либо за ее переход в стазис — такое состояние, когда все процессы еле теплятся, что характерно для дряхлых клеток. В состоянии стазиса конечно же невозможно клеточное деление.

    Чем больше продуктов этих «генов дряхления» находится в клетке, тем быстрее она одряхлеет или вовсе самоуничтожится, а активность Sirt6 выключает эти гены, не давая им считываться, а клетке — производить смертоносные продукты.

    1. Также Sirt6 влияет на гены, отвечающие за воспалительные и иммунные ответы. Эти гены, разумеется, нельзя ни полностью блокировать, ни производить в избытке:

    — если воспаления происходят слишком редко, а иммунная система ленива, то организм не справится с инфекцией;

    — если эти ответы преувеличены, то организм истощает свои ресурсы в борьбе с тем, с чем бороться вообще говоря совсем и не стоило бы, а также бросается на клетки собственного тела, опознавая их как нечто опасное (последнее происходит при аутоиммунных заболеваниях).

    Одним из признаков старости организма является повышенный фон вялотекущих воспалительных процессов и аутоиммунных заболеваний, а белок Sirt6 снижает количество считываний участвующих в них генов, таким образом снижая фон воспалений и иммунных ответов до нормального уровня.

    Есть гипотеза, что пониженное потребление калорий увеличивает количество Sirt6 в клетках, неважно, дрожжи это, черви или млекопитающие. Несмотря на то, что эта зависимость пока строго не подтверждена экспериментально, само по себе пониженное потребление калорий устойчиво коррелирует с увеличением продолжительности жизни у самых разных организмов. Так что пока что можно просто не объедаться, поддерживая время от времени не доходящее до дискомфорта чувство легкого голода, что приятно само по себе, и заодно Sirt6 в клетках твоего тела начнет, вероятно, активней производиться.

    Мы остановились на хроматосомах, но хромосома может сворачиваться и дальше. Представь себе, что ты берешь нитку с узелками и начинаешь ее закручивать. Она превращается в толстую нитку, в которой узелки уже не расположены равномерно друг за другом, а плотно прижаты друг к другу. Со стороны теперь наша нитка будет выглядеть как лохматый толстый шнур – фибрилла (не путать с белковой фибриллой). Даже в этом состоянии гены все еще достаточно доступны для копирования с них информации, так как они все еще не слишком плотно намотаны на гистоновые комплексы.

    Но и этот шнур слишком длинный, поэтому в реальности в клетке этот шнур сворачивается дальше в виде петель, и со стороны мы теперь увидим хромосому как недлинный шнур, на котором равномерно расположены петли-розочки, состоящие из того же шнура. Такое состояние хромосомы – это нормальное, рабочее состояние в то время, когда клетка не делится, а когда приходит время делиться, то все это начинает еще сильнее и сильнее сворачиваться, закручиваться, пока не появляется конечная, плотная конформация хромосомы в виде эдакой пухлой сардельки.

    В прошлой главе мы познакомились с РНК-полимеразой, которая строит цепочку РНК, комплементарную некоторому участку ДНК. Кроме нее существует и ДНК-полимераза, которая во время деления клетки расплетает хромосому и копирует молекулу ДНК. Чтобы скопировать молекулу ДНК, необходимо расплести во многих (в очень многих) местах двойную спираль, после чего множество ДНК-полимераз займутся построением копий.

    Специальный фермент, который выполняет работу по расплетанию двойной спирали, имеется у всех живых организмов [у которых генетический материал хранится в виде двойной цепи ДНК] – это хеликаза, которая ползет между нитями ДНК и расплетает их.

    Но тут есть одна важная тонкость.

    ДНК-полимеразы не умеют сами начинать синтез ДНК (о единственном условном исключении из этого правила будет написано в главе 8). Продолжить эту работу они прекрасно могут, а вот начать — никак. Им обязательно нужен помощник, который начнет этот процесс, и этим помощником является другой фермент, который называется ДНК-праймаза. Она сначала строит короткий фрагмент РНК (!), комплементарный одной из нитей ДНК, который называется праймером (иначе говоря – затравкой, но мы будем использовать слово «праймер»). Таким образом понятно, что ДНК-праймаза является разновидностью РНК-полимераз.

    И вот уже после того, как построен праймер, в дело вступает ДНК-полимераза и достраивает комплементарную нить ДНК, образуя затем новую двойную спираль из молекул ДНК. Теперь из одной двойной спирали образовалось две, и они какое-то время существуют в связанном друг с другом состоянии (в виде пухлой буквы Х), будучи соединены друг с другом примерно по середине, пока не начнется этап деления клетки, когда они будут должны разойтись по разным её углам.

    Не забудем, что праймер – это кусок РНК, а не ДНК, и значит для того, чтобы работа по копированию ДНК была закончена, надо выкусить рибонуклеозиды и на их место поставить дезоксирибонуклеозиды, таким образом РНК-праймер будет удален, и на его месте окажется кусок ДНК. Этим занимаются специальные белки.

    Давай теперь бросим короткий взгляд на ту эпоху, когда жизнь на Земле только зарождалась. Архей — это эон развития нашей планеты, который длился очень долго даже по геологическим меркам — 1.5 млрд лет, и охватывает период от 4,0 до 2,5 млрд. лет назад. Древней его лишь вечные созданья, и с вечностью пребудет наравне… Нет, не совсем так:) Древней архея в истории Земли только катархей, о котором уже упоминалось, и который начинается со времени появления Земли как полноценной планеты около 4,6 млрд лет назад.

    Нам конечно очень хочется представлять первое время после возникновения Земли как эдакий героический геологический период, когда все извергалось, рушилось, взрывалось титаническими взрывами и поглощалось циклопическими цунами:) Но все было не так, ведь поначалу Земля образовывалась в процессе довольно однообразного слипания друг с другом кусочков протопланетного облака, и когда, наконец, вся материя вокруг нее была притянута и планета окончательно сформировалась, она представляла собою вполне себе скучный и холодный шарик примерно однородного состава. Не было ни ядра, ни земной коры, ни атмосферы или гидросферы, но бурный период в истории нашей Земли все-таки был, и не один.

    Первая жизнь появилась именно в архее. Мы не так уж много знаем и об этом эоне, потому что поверхность Земли с тех пор изменилась очень сильно. Горный ландшафт, равно как и глубокие впадины, на Земле в то время отсутствовали, и поверхностью была унылая базальтовая равнина. Во время архея на Земле ещё не было кислородной атмосферы, но уже появились первые анаэробы (иначе говоря – анаэробные организмы, т.е. живущие без кислорода), которые в процессе своей жизнедеятельности сформировали многие существующие сейчас залежи полезных ископаемых: серы, графита, железа и никеля. Это как-то непросто представить себе, да? Вот эти огромные залежи полезных ископаемых, которые мы разрабатываем огромными машинами, добываем их миллионами тонн – почти всё это не что иное, как продукт жизнедеятельности бесчисленных бактерий на протяжении сотен миллионов лет.

    В раннем архее мы не смогли бы наслаждаться голубым небом и изумрудной водной гладью, потому что атмосфера и гидросфера представляли собою в то время смешанную парогазовую массу из паров воды и кислых дымов, которая мощным и плотным слоем окутывала всю планету. Для солнечных лучей такая плотная оболочка была почти что непроницаема, поэтому на поверхности Земли царил полный мрак. Но и по живописной базальтовой равнине мы не смогли бы прогуляться, так как парогазовая оболочка обладала очень высокой химической активностью, вследствие чего она активно воздействовала даже на прочный базальт, не говоря уже о наших скафандрах. Искупаться тоже не удалось бы, поскольку мелкий архейский океан состоял из крепкого и очень кислого солевого раствора. И только тогда, когда метеоритные бомбардировки нашей планеты подошли к концу, и когда вместе с ними подходил к концу и бурный начальный период архея, только тогда в морях нашей планеты появились первые живые существа.

    Именно с архея и начинается эволюция жизни на Земле.

    Первые прокариоты, т.е. бактерии, лишенные ядра, появились примерно 3,7 млрд лет назад. Они создавали «бактериальные маты», окаменевшие остатки которых мы можем находить и изучать, а затем научились осуществлять фотосинтез. Примерно 3 млрд лет назад появились первые эукариоты – клетки, обладающие ядром. Отделившись от бактерий и архей, эукариоты начали свою эволюцию, которая в итоге и привела к появлению читателей этого учебника.

    Палеогенетика — наука, которая ставит своей задачей воссоздание ДНК давно вымерших организмов — за последний десяток лет совершила серьезные прорывы, и теперь уже ясно, что рано или поздно наши зоопарки и заповедники пополнятся давно вымершими животными, и «Парк юрского периода» несомненно будет создан. Человек, который сыграл (и все еще играет) выдающуюся роль в этом процессе — это Сванте Паабо. В любом миллионном городе в лучшем случае лишь нескольким людям знакомо это имя, но по мере того, как зоопарки будут пополняться динозаврами, его имя будет становиться все более и более известным.

    А вот будут ли заповедники на других планетах, в которых будет резвиться местная живность? Этими вопросами занимается астробиология. Очевидно, что какие-нибудь «титаноиды», «сатурниане» и «венериане» если и существуют и будут найдены, то они будут отличаться от нас не только формой тела и цветом кожи, но и самими веществами, из которых их тела будут состоять, потому что когда жизнь зарождается из «бульона химических веществ», при этом используются именно те молекулы и атомы, которые чаще в этом бульоне и встречаются. И в дальнейшем эти существа будут использовать те вещества, которые находятся у них под тентаклями. Поглощенные организмом вещества расщепляются, и в результате появляются молекулы, необходимые организму для построения своих составных частей; выделяется энергия, необходимая для построения сложных молекул, которые будут встроены в тело, и эта же энергия будет расходоваться на движение, мышление, поддержание температуры тела и тому подобные нужные и приятные штуки.

    Вся совокупность химических реакций, происходящих при расщеплении поглощенных организмом веществ, построении новых молекул и тканей организма, последующим распадом сложных веществ на более простые, называется обменом веществ или метаболизмом. Метаболизм обычно делят на две стадии: катаболизм и анаболизм. В ходе анаболизма из более простых синтезируются более сложные вещества и это сопровождается затратами энергии. В ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых, обычно выделяя энергию (мнемоническое правило: «при катаболизме все катится в…».

    Для обоих стадий метаболизма нужны катализаторы. При анаболизме также помимо пищи необходимы катализаторы, то есть ускорители реакций окисления пищи, необходимых для получения энергии и питательных веществ. Кислород мы получаем в процессе дыхания, а значит наши клетки в полном смысле слова сжигают питательные вещества, используя при этом кислород в качестве катализатора, ведь горение — это именно соединение кислорода с другими веществами с выделением энергии в виде тепла. Без постоянного притока катализатора все клеточные процессы остановятся, и это гораздо опаснее, чем приостановка поставок еды и воды: имея катализатор, клетка может продолжать какое-то время поддерживать свой метаболизм, расходуя запасы и используя одни и те же молекулы несколько раз, поэтому без пищи и воды любое существо проживет гораздо дольше, чем без необходимого для дыхания газа.

    Большинство обитающих на Земле организмов дышат кислородом. К таким организмам — их называют аэробами — относятся люди, животные, растения, грибы, большинство микробов и бактерий. Многие археи и бактерии, и даже некоторые животные (к примеру, почти все гельминты) являются анаэробами. То, что анаэробы не нуждаются в кислороде, совсем не значит, что они не дышат! Катализатор для клеточных процессов нужен любому подающему признаки жизни существу, и анаэробы тоже дышат, просто не кислородом, а другим газом.

    Есть и такие организмы, которые способны переключаться между разными типами дыхания: в зависимости от содержания кислорода в окружающей среде они выбирают быть то аэробами, то анаэробами. Кишечная палочка за счет способности к такому переключению способна не только комфортно дышать в кишечнике, но и не погибать при выходе из него. В отличие от нее, человек без кислорода не протянет и нескольких минут.

    Питаются земные организмы в соответствии с принципом «Я есть то, что я ем»: им необходимо поглотить с пищей те вещества, из которых они сами построены. Так как наши тела состоят в основном из кислорода, углерода, водорода и азота, именно эти вещества нам в основном и нужны для поддержания жизни.

    Ну и не стоит забывать о важности присутствия жидкости в организме и вокруг него. Жизнь нуждается в среде, которая сближает химические вещества, обеспечивая их вступление в реакции, при этом не прижимая их друг к другу настолько плотно, чтобы они не могли перемещаться. Если молекулы этих химических веществ не плавают в жидкости, а болтаются где-нибудь в газовой среде… да не смогут они там болтаться! Газы слишком разрежены, чтобы создавать какую-то заметную поддержку молекулам, крупнее их собственных. Если же эти молекулы упадут на твердую поверхность, то она их конечно поддержит, но не обеспечит никакого перемешивания, притискивания одной молекулы к другой, а вот жидкость это делает постоянно. Попавшие внутрь твердого вещества молекулы вообще не имеют никаких шансов на движение и взаимодействие.

    Вода является отличным растворителем для химических структур жизни: во-первых, она остается в жидком состоянии в широком диапазоне температур, а во-вторых, в ней легко формируют свою структуру сложные молекулы, из которых состоят земные клетки: нуклеиновые кислоты, белки, жирные кислоты, углеводы.

    Использование именно этих молекул земными организмами конечно же не случайно: в процессе эволюции они строились из наиболее доступных атомов и молекул, плавая в воде и содержа ее же внутри себя как раз потому, что ее на Земле было очень много.

    Первые организмы не дышали кислородом, потому что его почти что не было в атмосфере Земли, но спустя какое-то время в результате эволюции появились те, кто выделяет этот самый кислород в качестве отходов своего метаболизма. Они навыделяли его столько, что он стал вездесущим ресурсом. 2,5 млрд лет назад, т.е. в самом конце Архея, произошла так называемая кислородная катастрофа, что и вызвало появление аэробных организмов. Эти аэробы обнаружили, что кислород в качестве катализатора клеточных процессов намного эффективнее всех остальных: не просто так это именно то вещество, которое способно так бурно реагировать с другими, что возникает реакция горения. И эти предприимчивые аэробы, подобно Прометею, ухватили это горение и перенесли его внутрь себя, и теперь в каждой клетке нашего тела «горят» костры, на которых «обжариваются» поступающие питательные вещества:) 

    Итак, несмотря на то что структура и функционирование живых существ обусловлены эволюцией, их состав и используемые для химических реакций вещества определяются окружающей средой. А это значит, что если эволюция будет иметь одни и те же законы на разных планетах (а пока нет доказательств обратного), то существа с разных планет будут неизбежно отличаться от нас на молекулярном уровне, если эти планеты будет сильно отличаться от Земли своими преобладающими веществами и физическими условиями. Крупнейший спутник Сатурна Титан, к примеру, очень сильно отличается от Земли.

    На самом деле, рассуждения о жизни на других планетах все более переходят из области научной фантастики в область реальных перспектив. Новые планеты в нашей галактике открываются лавинообразно, тысячами, и темпы эти будут только расти, в том числе открываются и планеты земного типа, на которых мы могли бы жить. Но не только далекий космос, а и планеты нашей Солнечной системы сулят нам важные открытия в области астробиологии. Взять, к примеру, тот же Титан. Он очень похож по облику и устройству атмосферы на Землю. Например, там, как и на Земле, основную часть атмосферы составляет азот. С высокой вероятностью установлено, что под твердой поверхностью Титана находится жидкий океан, состоящий из аммиака и/или воды. Теоретически в этом водяном океане может даже существовать жизнь на основе привычного нам состава молекул.

    Но на поверхности Титана совсем другие условия: при существующей там температуре, равной минус 180 градусам Цельсия, вода должна быть твердой, как камень. Уже один этот фактор делает невозможным существование на поверхности Титана жизни в единственно знакомом нам водосодержащем виде. Чтобы доказать возможность существования жизни на поверхности Титана, ученым, во-первых, нужно найти жидкость, способную выполнять ту же роль, которую для земных организмов выполняет вода. Затем надо найти газ, который можно использовать для дыхания, и источник энергии, заменяющий сахара Земли. Потом надо обнаружить молекулы, из которых можно построить клетку, способную существовать в этой жидкости, дышать этим газом и пользоваться найденным источником энергии.

    Учитывая удаленность Титана от Земли, решение этой задачи кажется невероятным, и тем не менее, многие ученые не только поставили ее перед собой, но и добились вполне существенных результатов.

    Начнем с того, что жидкость на поверхности Титана все-таки присутствует. Это жидкие метан и этан, которые на Земле существуют в виде огнеопасных газов.

    Поверхность Титана изобилует метановыми и этановыми реками и озерами. Как на Земле существует круговорот испаряющейся и выпадающей осадками воды, так и на Титане есть свой круговорот, с метаново-этановыми дождями и грозами. На фотографиях, сделанных зондом Кассини, хорошо видны углеводородные озёра на Титане:

    А еще на Титане есть горы, состоящие изо льда, который замерз так сильно, что похож на камень. Раньше можно было только представлять – насколько фантастично и необычно это все выглядит, а теперь мы можем рассматривать фотографии. На фото ниже: горная гряда на Титане с высоты 10 км (радиоспектральный снимок с зонда «Гюйгенс»).

    Кислорода на Титане нет, но местные микроорганизмы могли бы вдыхать вместо него водород, которого там предостаточно, а метан они могли бы выделять при выдохе. Мы привыкли к тому, что именно кислород необходим для дыхания, но это только потому, что это наиболее привычный нам вариант метаболизма. При этом даже на Земле есть существа, использующие именно водород для дыхания, так что это будет даже не самый инопланетный способ дышать:)

    Основным источником энергии для земных существ является глюкоза, которой нет на Титане, но в метаболизме предполагаемых титанианских клеток ее вполне способен заменить ацетилен, которого там полно.

    Мнемоническое правило для ацетилена: «ацки прочный этилен». Так что жидкость, газ и источник энергии уже найдены. Неплохо было бы найти еще и подтверждение того, что кто-то их на Титане использует именно так, как предполагают земные ученые… По расчетам ученых, присутствие этого «кого-то» приводило бы к различию в концентрации водорода в толще атмосферы Титана и возле его поверхности: живущие на поверхности организмы будут использовать водород для дыхания, а это значит, что несмотря на его постоянное поступление из верхних слоев атмосферы в результате конвекции, в нижнем слое водорода будет намного меньше. Также наличие живых существ привело бы к различию в концентрации ацетилена вверху и внизу атмосферы, ведь если организмы постоянно съедают ацетилен, то на поверхности его должно быть мало.

    Все эти теоретические расчеты мало кого впечатляли, но когда искусственный спутник Сатурна Cassini, отправленный на исследование Титана, принес результаты, подтверждавшие верность этих предположений, это привлекло к Титану внимание многих ученых. По результатам тестов, проведенных Cassini, поступающий на поверхность из верхних слоев атмосферы водород возле самой поверхности почему-то исчезает, и ацетилен, который должен активно появляться под воздействием ультрафиолета, возле самой поверхности спутника тоже почему-то отсутствует. Все это совершенно точно совпадает с представлениями ученых о возможном метаболизме предполагаемой на Титане жизни.

    А могут ли в принципе живые клетки строиться из тех элементов, которые преобладают на Титане? Одна из важных составляющих клетки – это ее мембрана, и клеточная жизнь на Титане без мембраны существовать вряд ли может. Но как может сформироваться мембрана, если на Титане нет жидкой воды, в которой жиры (липиды), из которых строит свою мембрану любая уважающая себя земная клетка, могут образовать пленки и шарики? Да и само существование жиров на поверхности Титана крайне маловероятно, а если бы они там и были, то при таких низких температурах и при таком химическом составе атмосферы они оказались бы совершенно бесполезными. Поэтому ученые решили смоделировать мембрану на основе тех веществ, которые есть на Титане. Вода в модели была заменена на метан, а липиды – на азотсодержащие органические молекулы, присутствующие в титанианских морях. И… да, у них получилась вполне жизнеспособная модель, которая вполне способна функционировать при тамошних температурах. Расчеты свойств этих мембран показали, что они будут обладать такими же устойчивостью и гибкостью при низкой температуре, какими земные мембраны обладают в земных условиях. А значит, они вполне могут использоваться в титанианских клетках так же, как используются вода и липиды в земных.

    Самой стабильной оказалась мембрана на базе акрилонитрила – сильно ядовитого и канцерогенного для земной жизни вещества, но в достатке присутствующего в атмосфере Титана. Чтобы лучше запомнить эту молекулу, можно сопоставить ее со знакомым нам этиленом.

    Молекулы акрилонитрила при условиях, возможных на Титане, ведут себя на удивление так же, как ведут себя наши липиды: они сами собираются в мембрану и превращаются в аналог примитивной клеточной оболочки (такая воображаемая клетка называется азотосомой) совершенно так же, как липиды на Земле образуют пленки и шарики, превращаясь в земные клеточные мембраны. Запомнить акрилонитрил будет легче, если ассоциировать его с ныряющим в озерах Титана дельфином:

    Кроме мембраны, клетке необходим еще и «первичный бульон»: растворенные в жидком веществе простые органические соединения, и такими соединениями на Титане являются толины. Толины образуются в атмосфере Титана из метана и этана под воздействием ультрафиолетового излучения. Они имеют красновато-коричневый или коричневато-оранжевый оттенок и способны в небольших количествах растворяться в метаново-этановой жидкости. На этой фотографии, сделанной в натуральных цветах зондом «Кассини», хорошо виден оранжевый цвет атмосферы Титана, который придается ей толинами.

    Коричневый цвет некоторых областей атмосферы Юпитера также обусловлен присутствием там толинов.

    Также в атмосферах Юпитера и Титана обнаружено множество разнообразных ПАУ (полиароматических углеводородов).

    Очень любопытно то, что толины при имеющихся на Титане условиях могут выступать в качестве аналога земных аминокислот и образовывать полимеры, вполне похожие на земные белки, а в одном из экспериментов облучение толинов мягким рентгеновским излучением привело к тому, что в растворе обнаружился… аденозин! Согласно теоретическим расчетам, титанианские микробы вполне могут питаться толинами, падающими на них с неба – в точности так же, как питаются падающей «с неба» органикой глубоководные земные микроорганизмы. Компьютерное моделирование показало, что «белки», построенные на азотной основе при тех температурах, способны образовывать даже большее разнообразие структур, чем наши на основе углерода!

    Осталось только найти носитель наследственной информации, и уже можно строить клетку, и если даже на Титане мы никакой жизни не найдем, то не исключено, что наш чисто теоретический интерес к инопланетной жизни позволит создать вполне реальные синтетические организмы, которыми мы сами заселим подобные планеты.