Може ли бити живота на Сатурновом великом месецу Титану? Постављањем питања присиљава астробиологе и хемичаре да пажљиво и креативно размишљају о хемији живота и о томе како би могла бити другачија на другим светима него што је то на Земљи. У фебруару је тим истраживача са Универзитета Цорнелл, укључујући студента хемијског инжењерства Јамеса Стевенсона, планетарног научника Јонатхана Лунинеа и инжењера хемијске индустрије Паулетте Цланци, објавио пионирску студију тврдећи да би се ћелијске мембране могле формирати под егзотичним хемијским условима присутним на овом изузетном месецу .
На многе начине, Титан је близанац Земље. То је други највећи мјесец Сунчевог система и већи од планете Меркура. Као и Земља, има значајну атмосферу, површински атмосферски притисак мало виши од Земљине. Поред Земље, Титан је једини објекат у нашем Сунчевом систему за који се зна да на својој површини има нагомилавање течности. НАСА-ина свемирска сонда Цассини открила је обиље језера, чак и ријека у поларним областима Титана. Највеће језеро, или море, названо Кракен Маре, веће је од Земљиног Каспијског мора. Истраживачи знају и из посматрања свемирских летелица и из лабораторијских експеримената да је Титанова атмосфера богата сложеним органским молекулама, који су грађевни блок живота.
Све ове карактеристике могу изгледати као да је Титан тантализно погодан за живот. Назив 'Кракен', који се односи на легендарно морско чудовиште, маштовито одражава жељне наде астробиолога. Али, Титан је земаљски близанац. Будући да је скоро десет пута даље од сунца од Земље, његова површинска температура је хладних -180 степени Целзијуса. Течна вода је витална за живот какав знамо, али на површини Титана сва вода је смрзнута. Водени лед преузима улогу коју стена која садржи силицијум има на Земљи, чинећи спољне слојеве коре.
Течност која испуњава Титанова језера и реке није вода, већ течни метан, вероватно помешан са другим супстанцама попут течног етана, а све то су гасови овде на Земљи. Ако у Титановим морима постоји живот, то није живот какав знамо. То мора бити ванземаљски облик живота, са органским молекулама раствореним у течном метану уместо у течној води. Да ли је таква ствар уопште могућа?
Цорнеллов тим преузео је један кључни део овог изазовног питања истражујући да ли ћелијске мембране могу да постоје у течном метану. Свака жива ћелија је, у основи, самоодржавајућа мрежа хемијских реакција, садржана у граничним мембранама. Научници сматрају да су ћелијске мембране настале веома рано у историји живота на Земљи, па је њихово формирање можда чак био и први корак у настанку живота.
Овде на Земљи ћелијске мембране су познате као и средњошколски часови биологије. Израђени су од великих молекула који се називају фосфолипиди. Сваки фосфолипидни молекул има 'главу' и 'реп'. Глава садржи фосфатну групу са атомом фосфора повезаним са неколико атома кисеоника. Реп се састоји од једног или више низова атома угљеника, обично од 15 до 20 атома, са атомима водоника повезане са сваке стране. Глава, због негативног набоја фосфатне групе, има неједнаку расподелу електричног набоја, а ми кажемо да је поларна. Реп је, с друге стране, електрично неутралан.
Ова електрична својства одређују како ће се понашати фосфолипидни молекули када се растварају у води. Електрично гледано, вода је поларни молекул. Електрони у молекули воде снажније привлаче њен атом кисеоника него своја два атома водоника. Дакле, страна молекула у којој су два атома водоника има мало позитивног набоја, а страна кисеоника има мали негативан набој. Ова поларна својства воде узрокују да привуче поларну главу молекуле фосфолипида, за коју се каже да је хидрофилна, и одбија њен неполарни реп, за који се каже да је хидрофобан.
Када се молекули фосфолипида растварају у води, електрична својства двеју супстанци делују заједно да би молекул фосфолипида могао да се организује у мембрану. Мембрана се затвара у себе у малу сферу која се зове липосом. Молеоси фосфолипида формирају двослојни дебели два молекула. Поларне хидрофилне главе су окренуте према води и на унутрашњој и на спољној површини мембране. Хидрофобни репови су умотани један у други. Док молекули фосфолипида остају фиксирани у свом слоју, с главама окренутим према горе и реповима окренутим према унутра, они се још увек могу кретати један наспрам другог, пружајући мембрани флексибилност течности потребну за живот.
Фосфолипидне двослојне мембране су основа свих земаљских ћелијских мембрана. Чак и сам, липосом може расти, репродуцирати се и помоћи одређеним хемијским реакцијама важним за живот, због чега неки биохемичари мисле да је стварање липосома могао бити први корак ка животу. У сваком случају, стварање ћелијских мембрана сигурно је био рани корак у настанку живота на Земљи.
Ако на Титану постоји неки облик живота, било да је морско чудовиште или (вероватније) микроб, готово сигурно би требало имати ћелијску мембрану, као што то чини и свако живо биће на Земљи. Да ли се могу формирати фосфолипидне двослојне мембране у течном метану на Титану? Одговор је не. За разлику од воде, молекул метана има равномерну расподелу електричних набоја. Недостаје јој поларна квалитета воде, па не би могао да привуче поларне главе молекула фосфолипида. Ова привлачност је потребна да фосфолипиди формирају ћелијску мембрану у стилу Земље.
Експерименти су спроведени где су фосфолипиди растворени у неполарним течностима на земаљској собној температури. Под овим условима, фосфолипиди формирају двослојну мембрану "изнутра". Поларне главе молекула фосфолипида налазе се у центру, привлаче једна другу својим електричним набојима. Неполарни репови су окренути према ван на обе стране мембране изнутра, изнутра, окренути према неполарном отапалу.
Може ли титанијски живот имати фосфолипидну мембрану изнутра? Цорнеллов тим закључио је да то неће радити из два разлога. Први је да на криогеним температурама течног метана, репови фосфолипида постају крути, што ускраћује било какву мембрану изнутра која би могла да створи флексибилност течности која је потребна за живот. Други је да су два кључна састојка фосфолипида; фосфор и кисеоник вероватно нису доступни у метанским језерима на Титану. У потрази за титанским ћелијским мембранама, Цорнеллов тим је требао да се опроба изван познатог подручја биологије у средњој школи.
Иако нису састављени од фосфолипида, научници су закључили да ће свака титанијска ћелијска мембрана ипак бити попут фосфолипидних мембрана изнутра створених у лабораторији. Састојао би се од поларних молекула који се електрично спајају у раствору неполарног течног метана. Који би то могли бити молекули? За одговоре су истраживачи тражили податке из свемирске летелице Цассини и лабораторијске експерименте који су репродуковали хемију Титове атмосфере.
За атмосферу Титана познато је да има врло сложену хемију. Састоји се углавном од азота и метана. Када је свемирска летелица Цассини анализирала њен састав помоћу спектроскопије, открила је трагове разних једињења угљеника, азота и водоника, названих нитрилима и аминима. Истраживачи су симулирали хемију Титанове атмосфере у лабораторији излажући смеше азота и метана изворима енергије који симулирају сунчеву светлост на Титану. Формира се стев од органских молекула названих 'тхолинс'. Састоји се од једињења водоника и угљеника, названих угљоводоници, као и нитрила и амина.
Цорнеллови истражитељи видели су нитрила и амине као потенцијалне кандидате за њихове ћелијске мембране Титана. Обоје су поларни молекули који би се могли лепети да формирају мембрану у неполарном течном метану због поларитета азотних група које се налазе у обе. Они су закључили да молекули кандидата морају бити много мањи од фосфолипида, како би могли да формирају течне мембране при температурама течног метана. Они су сматрали нитрила и амине који садрже жице између три и шест атома угљеника. Групе које садрже азот називају се „азото“ –скупине, па је тим свој хипотетски титански тим липосома назвао „азотосомом“.
Синтетизација азотосома за експериментално проучавање била би тешка и скупа, јер би се експерименти морали изводити на криогеним температурама течног метана. Али будући да су кандидатски молекули из других разлога интензивно проучавани, Цорнелл-ови истраживачи су се сматрали оправданим окренувши се алатима рачунске хемије како би утврдили да ли би се њихови кандидатски молекули могли уклопити као флексибилна мембрана у течном метану. Рачунални модели успешно су коришћени за проучавање конвенционалних ћелија мембрана фосфолипида.
Рачунарске симулације групе показале су да би се неке кандидатске супстанце могле искључити јер се не би сложиле као мембрана, биле би превише круте или би створиле чврсту супстанцу. Ипак, симулације су такође показале да ће бројне супстанце формирати мембране са одговарајућим својствима. Једна погодна супстанца је акрилонитрил који је Цассини показао да је присутан у атмосфери Титана у концентрацији од 10 делова на милион. Упркос огромној разлици у температури између криогених азотозома и липосома собне температуре, симулације су показале да показују изразито слична својства стабилности и реакцију на механички стрес. Онда су ћелијске мембране могуће за живот у течном метану.
Научници из Цорнелл-а сматрају да њихова открића нису ништа друго него први корак ка доказивању да је живот у течном метану могућ и ка развоју метода којима ће будуће свемирске летелице требати да га претраже на Титану. Ако је живот могућ у течном метану, последице се на крају шире далеко од Титана.
Кад траже услове погодне за живот у галаксији, астрономи обично траже егзопланете у животној зони звезде, дефинисани као уски распон растојања преко којих би планета са атмосфером налик Земљи имала површинску температуру погодну за течну воду. Ако је живот метана могућ, звезде би такође имале зону настанка метана, регион у којем би метан могао да постоји као течност на планети или месецу, омогућавајући живот метана. Број насељених света у галаксији био би знатно повећан. Можда се у неким световима живот метана развија у сложеним облицима које тешко можемо да замислимо. Можда су нека од њих чак помало и морска чудовишта.
Референце и даље читање:
Н. Аткинсон (2010) Алиен Лифе он Титан? Држите се само неколико минута, свемирског часописа.
Н. Аткинсон (2010) Живот на Титану могао би бити смрдљив и експлозиван, свемирски магазин.
М. Л. Цабле, С. М. Хорст, Р. Ходисс, П. Беауцхамп, М. А. Смитх, П. Виллис, (2012) Титан тхолинс: Симулатинг Титан органицмистри ин тхе Цассини-Хуигенс ера, Цхемицал Ревиевс, 112: 1882-1909.
Е. Ховелл (2014) Величанствена језера у облику Титана наћи ће се под Цассинијевим надзором ове недеље, Спаце Магазине.
Ј. Мајор (2013) Титанов сјеверни пол оптерећен је језерима, свемирски магазин.
Ц. П. МцКаи, Х. Д. Смитх, (2005) Могућности метаногеног живота у течном метану на површини Титана, Икарус 178: 274-276.
Ј. Стевенсон, Ј. Лунине, П. Цланци, (2015) Мембране алтернативе у световима без кисеоника: Стварање азотосома, Сциенце Адванцес 1 (1): е1400067.
С. Олесон (2014) Подморница Титан: Истраживање дубина Кракен-а, НАСА Гленн Ресеарцх Центер, саопштење за јавност.
Цассини Солстице Миссион, НАСА Лабораторија за млазни погон
НАСА и ЕСА славе 10 година од слетања Титана, НАСА 2015
