Русский изменить

Ошибка: нет перевода

×

☯ Есть ли жизнь на Титане?

Main page / Живомордность / ☯ Есть ли жизнь на Титане?

Содержание

    Прежде чем переходить к жизни на Титане, стоит разобраться, как функционируют земные организмы, какие вещества они для этого используют и почему.

    земля-титан-луна

    metabolism

    Все живые существа Земли (за исключением вирусов) дышат и питаются, то есть постоянно поглощают из окружающей среды какие-то вещества, используют их у себя в организме и выделяют вовне неиспользованные их части. Поглощенные вещества расщепляются, и результатом этого расщепления становится как появление молекул и атомов, необходимых организму для построения своих составных частей, так и энергия, необходимая для проведения всех этих химических реакций, а также для движения, мышления, поддержания температуры тела и т.п. Вся совокупность химических реакций, происходящих при расщеплении съеденного и построении новых молекул и тканей организма, называется обменом веществ или метаболизмомmetabolism [mə’tæbəlɪzm] ).

    Поступление необходимых организму веществ обеспечивают процессы дыхания и питания. Поглощаемые во время дыхания вещества являются катализатором реакции окисления пищи, необходимой для получения энергии. При этом 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 aerobe [‘ɛːrəʊb] ) — относятся люди, животные, растения, большинство микробов и бактерий. Существуют и не нуждающиеся в кислороде существа, анаэробы anaerobe [‘ænərəub] ),  ими являются многие археи и бактерии, и даже некоторые животные (к примеру, почти все гельминты). 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 комфортно дышать в кишечнике 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: этому посвящена целая глава учебника. 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. Газы слишком диффузны, а твердые тела слишком плотны, чтобы там могла развиваться жизнь в известных нам формах. А вот вода удовлетворяет этим условиям. Она является отличным растворителем для химических структур жизни, остается в жидком состоянии при широком разбросе температур, и в ней формируют свою структуру сложные молекулы, из которых состоят земные клетки: рибонуклеиновые кислоты, протеины, липиды, углеводы.

    земля

    Использование именно этих молекул земными организмами конечно же не случайно: в процессе эволюции они строились из наиболее доступных атомов, 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 не было в атмосфере Земли, но со временем некоторые из них начали его выделять. И навыделяли столько, что он стал вездесущим ресурсом, что и вызвало появление аэробных организмов. Отсюда очевидно, что если структура и функционирование живых существ обусловлены эволюцией, то их состав и используемые для химических реакций вещества определяются окружающей средой.

    Titan

    И вот теперь наконец можно перейти к Титану. Этот крупнейший спутник Сатурна 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 существовать жизнь на основе привычного нам состава молекул. Но на поверхности Титана совсем другие условия: при существующей там температуре -180 градусов Цельсия вода должна быть твердой, как камень. Уже один этот фактор делает невозможным существование на поверхности Титана жизни в единственно знакомом нам водосодержащем виде.

    Итак, чтобы доказать возможность существования жизни на поверхности Титана, ученым нужно было найти:

    =) жидкость, способную выполнять ту же роль, которую для земных организмов выполняет вода

    =) газ, который можно использовать для дыхания

    =) источник энергии, заменяющий сахара Земли

    =) молекулы, из которых можно построить клетку, способную существовать в этой жидкости, дышать этим газом и пользоваться найденным источником энергии.

    Учитывая удаленность Титана от Земли, кажется невероятным решение этой задачи. Тем не менее, многие ученые не только поставили ее перед собой, но и добились вполне существенных результатов. Эта глава объединяет данные о существующих на данный момент гипотезах и доказанных фактах.

    дождь на Титане

    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. А еще на Титане есть горы, состоящие изо льда, который замерз так сильно, что похож на камень. Можно только представлять – насколько фантастично и необычно это все выглядит.

    Acetylene

    Кислорода на спутнике нет, но местные микроорганизмы могли бы вдыхать вместо него водород, которого на Титане предостаточно, выделяя при выдохе метан. Основным источником энергии земных существ является глюкоза, которой нет на Титане. Но в метаболизме предполагаемых титанских клеток ее вполне способен заменить ацетилен (мы его используем для газовой сварки и производства взрывчатки), которого на Титане полно. 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.

    океан_Титан

    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 его для дыхания, поэтому несмотря на его постоянное поступление из верхних слоев, в нижнем слое водорода будет намного меньше. Также предполагаемое существование жизни приводит к различию в концентрации ацетилена вверху и внизу атмосферы. Ведь если организмы постоянно съедают ацетилен, то на поверхности его почти не должно быть. Теоретические расчеты мало кого впечатлили, 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. Ацетилен, который должен активно появляться под воздействием ультрафиолета, возле самой поверхности спутника тоже отсутствует. Все это совершенно точно совпадает с представлениями ученых о существующей жизни там.

    Cell_membrane

    Жидкость, газ и источник энергии найдены. Теперь необходимо определить, могут ли в принципе из преобладающих на Титане элементов строиться живые клетки. 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 липиды, из которых она строится, могут образовать пленки и шарики? И если на поверхности Титана не доказано существования самих липидов?

    theoretical-methane-based-cell

    Ученые решили смоделировать мембрану на основе тех веществ, которые есть на спутнике Сатурна. Вода в модели была заменена на метан, а липиды – на азотсодержащие органические молекулы, присутствующие в титанских морях. По своим свойствам эта мембрана способна функционировать при температурах около -180 градусов по Цельсию. Расчеты свойств этих мембран на компьютере показали, что эти мембраны должны обладать такими же устойчивостью и гибкостью при низкой температуре, какими земные мембраны обладают в земных условиях. А значит, они вполне могут использоваться в титановых клетках так же, как используются вода и липиды в земных.

    Acrylonitrile

    Самой стабильной оказалась мембрана на базе акрилонитрила ( acrylonitrile [akrɪlə’nʌɪtrʌɪl] ) – ядовитого для земной жизни вещества, присутствующего в атмосфере Титана. Его молекулы сами собирались в мембрану и превращались в аналог примитивной клетки (получившей название азотосома) совершенно так же, как липиды образуют пленки и шарики, превращаясь в земные клеточные мембраны. В земных условиях акрилонитрил легко воспламеняется, его используют в производстве акриловых волокон, резины и термопластиков.

    Кроме мембраны, клетке необходимо еще много чего, и для образования этого многого необходимы условия, похожие на те, что привели к возникновению земной жизни в начале Архея: существование «первичного бульона», представляющего собой растворенные в жидком веществе простые органические соединения. Вопрос заключается в том, может ли смесь жидких метана и этана служить таким растворителем для органических молекул, обнаруженных на Титане.

    tholins_of_Titan.svg

    Возможно, прочитав фразу об обнаружении органических молекул на Титане, ты испытала недоумение: а к чему рассуждения о возможности или невозможности жизни там, если уже доказано существование на спутнике органики? Но дело в том, что несмотря на широкое использование термина «органическая молекула» в значении «молекула, являющаяся частью живого существа», оно является неточным. Органическими называют большинство молекул, содержащих углерод, и совсем не обязательно они являются или являлись частью живой клетки. Углерод (но не только он) обладает свойством формировать крупные прочные упорядоченные структуры, которые могут стать частью живого. И как раз молекулы, содержащие углерод, водород и азот, найдены в атмосфере Титана. Состоящих из этих атомов органические вещества называют толинами. Считается, что они образуются в атмосфере Титана из метана и этана под воздействием ультрафиолетового излучения, имеют красновато-коричневый или коричневато-оранжевый оттенок и способны в небольших количествах растворяться в метаново-этановой жидкости. По примерной формуле предполагаемого титанского толина видно, что это полимер, образованный из составных частей, похожий на протеин, образованный из аминокислот.

    В этой главе уже были описаны титанские аналоги для трех из четырех молекул, образующих земную клетку:

    ацетилен, заменяющий сахара

    акрилонитрил, заменяющий липиды

    толины, являющиеся углеводородами с содержанием азота (но без кислорода), способные образовывать полимеры, так что можно предположить выполнение ими функций протеинов в клетках

    dna-титан

    Осталось найти носитель наследственной информации, и можно строить клетку. Но возможно, что этот носитель окажется хорошо знакомой молекулой, используемой живыми организмами Земли: ДНК. По крайней мере, в процессе экспериментов, воспроизводящих условия в атмосфере и жидкости на Титане, уже получен один из нуклеотидов: аденозин.

    бульон Титана

    Так что возможно, что первичный бульон прямо сейчас булькает на Титане, давая начало азотосомам с толиново-метаново-этановым содержимым и несущей ту же функцию, что и на Земле, молекулой ДНК.

     

     

     

     

     

     

     

     

    (Авторы статьи: Рика , Пингва)