Титан — единственный мир в Солнечной системе, кроме Земли, на поверхности которого есть жидкости. Однако с астробиологической точки зрения интерес к этому космическому объекту не так выражен, как к другим подобным местам. Таким, например, как Европа, Энцелад или даже Ганимед и Каллисто. Но по какой причине? Дело в том, что жидкое вещество на поверхности Титана — это метан, а не вода. А все известные нам формы земной жизни основаны на воде. Однако именно по этой причине Титан является уникальной лабораторией, предоставленной нам природой для изучения возможности существования других форм жизни.
Итак, вопрос. А может ли на Титане существовать жизнь на основе метана?
Жизнь на основе метана
Об астробиологическом потенциале Титана было много сказано и написано. Но в целом никто толком не знает, возможна ли (и жизнеспособна ли в принципе) жизнь на основе метана при температуре –180 ºC. (Не стоит забывать, что при низких температурах химические реакции будут идти намного медленнее. И растворимость реагентов резко уменьшится).
С чем согласны все исследователи, так это с тем, что обнаружение некоего химического механизма, который допускает существование мембран или везикул в жидком метане, является важнейшим требованием для жизни. Мембрана — одна из самых важных частей клетки. И все согласны с тем, что любая форма жизни, основанная на метане, должна иметь мембраны, как и земные клетки. И здесь в игру вступает… акрилонитрил!
Акрилонитрил, также известный как 2-пропенитрил или цианоэтилен (CH 2 =CH–CN), представляет собой органическую молекулу, эквивалентную фосфолипидам, образующим двухслойные мембраны наземных микроорганизмов. Мембраны и везикулы, образованные из акрилонитрила, получили красивое название азотосомы. Основное различие между азотосомами и земными клетками, помимо температуры, заключается в том, что вода — полярная молекула. А метан — неполярная. По этой причине мембраны титановых клеток должны быть «инвертированы». То есть неполярные концы молекул должны быть направлены наружу, а полярные — к промежуточному участку двойной мембраны.
Поначалу считалось, что существование структур такого типа на Титане невозможно. Поскольку углеводороды, предложенные для формирования мембран, являются очень жесткими при температурах, характерных для крупнейшего спутника Сатурна. Но в 2015 году группа исследователей предположила существование азотосом, состоящих из молекул акрилонитрила. И это открытие наделало много шума в СМИ.
Есть ли акрилонитрил на Титане?
Теперь самое интересное. А существует ли акрилонитрил на Титане? До недавнего времени никто этого не знал. Но зонд «Кассини» косвенно обнаружил это соединение в атмосфере Титана благодаря своему масс-спектрометру (INMS). А радиотелескоп ALMA, находящийся в Чили, развеял все сомнения. И подтвердил, что акрилонитрил присутствует в атмосфере Титана. В огромных количествах!
И даже если бы на самом деле акрилонитрила было меньше, его все равно было бы более чем достаточно для возможных форм жизни. Но в действительности оказалось, что акрилонитрила на Титане очень много. И что метановые моря в северном полушарии спутника должны быть им просто насыщены! И это соединение просто устилает их дно! Таким образом получается, что если жизнь на основе метана на спутнике Сатурна Титане невозможна в принципе, то вовсе не из-за отсутствия ингредиентов.
Можно возразить, что мембрана — это вовсе не клетка. Да. Но абсолютно необходимый для жизни ее элемент. Существование мембран очень важно, поскольку позволяет определить границу между внутренней и внешней средой живой клетки. Внутри этого пузырька концентрация веществ может регулироваться в соответствии с потребностями организма. И кроме того, с помощью мембраны одна живая особь может быть физически отделена от другой. Что является очень важным условием при конкуренции между организмами. И, соответственно, для работы механизмов естественного отбора.
Критическая нехватка элементов
Конечно, жизнь на основе метана на Титане должна столкнуться, помимо очень низких температур, с нехваткой критических элементов. Очень важных для земных микроорганизмов. Углерод, водород и азот на Титане присутствует в изобилии. Однако там практически нет свободного кислорода, серы и фосфора. И, что еще серьёзнее, таких металлов, как калий, натрий, железо, кальций, медь и магний. А ведь все вышеперечисленные элементы являются важными микроэлементами для земной жизни.
Естественно, есть ли азотомы на Титане или нет – это очень важно. Но для возникновения там жизни нужен и некий эквивалент ДНК. То есть самовоспроизводящаяся молекула, способная передавать генетическую информацию. Для выполнения этой функции некоторые исследователи предлагают рассмотреть молекулы полиэфира. Однако они не растворяются при температурах Титана. Поэтому этот вопрос остается открытым.
На данный момент огромное разнообразие сложных органических веществ на Титане является хорошим знаком. С другой стороны, нужно искать химические реакции, служащие источником энергии для микроорганизмов. Гидрирование ацетилена, например, является особенно интересной реакцией. Она способна высвободить 334 кДж на моль. Ацетилен, который образуется высоко в атмосфере Титана, падает на его поверхность, как манна небесная. Вместе с множеством других органических молекул, таких как акрилонитрил. И эта «еда» для гипотетических форм жизни на Титане бесплатна.
Нам еще предстоит пройти долгий путь, чтобы выяснить, существует ли на Титане жизнь на основе метана. Или это просто красивая, но нежизнеспособная гипотеза.