Наша сеть партнеров Banwar
Хіміки показали, що на супутнику Сатурна - Титані можуть перебувати структури, подібні клітинних мембран живих організмів. Правда, існувати вони можуть тільки в рідкому метані при вкрай низькій температурі.
Один з фундаментальних питань, на який поки так і не знайдена відповідь, це те, яким чином на Землі зародилося життя. Існують різні теорії, як в первинному океані з'явилися органічні молекули, які змогли самі себе відтворювати. Але нічого цього не сталося б, якби на нашій планеті не було води. Саме в воді відбуваються всі біохімічні реакції, які роблять молекули «живими». Щоб організм міг розглядатися як щось відокремлене, він повинен мати межу, яка відділяє його від навколишнього середовища. Роль такого бар'єру виконує клітинна мембрана. Вона складається з певних молекул - ліпідів. Особливість ліпідів в тому, що вони мають полярну голову і неполярний хвіст. І хоча білий ведмідь теж називається полярним, до ліпідів він не має ніякого відношення. В даному випадку, полярність - властивість молекул. Наприклад, молекула води і спирту - полярні, а масла - немає. Саме завдяки принципу, що подібне змішується з подібним, можна отримати всім відомий розчин спирту в воді, а ось розчинити масло в склянці з водою не вийде.
Мал. James Stevenson / Science Advances
Сферична частинка з мембранної поверхнею, яка утворена подвійним шаром з молекул акрилонітрилу. Такі об'єкти можуть самоосвічуватися в рідкому метані при вкрай низьких температурах.Ріс. James Stevenson / Cornell University
На супутнику Сатурна Титані існують моря з холодних рідких вуглеводнів, обсяг яких багаторазово перевищує вміст нафти і газу на нашій планеті. Специфічний склад атмосфери Титана дозволив ряду дослідників припустити можливість істота
<
>
Ліпіди підкоряються тим же самим законам, з тією лише застереженням, що у них і полярна, і неполярная частини пов'язані між собою. Якщо такі молекули помістити в воду, а це, як ми пам'ятаємо, полярна середовище, ліпіди почнуть самоорганізовуватися в структуру, яка називається ліпідний бішар. Ліпіди шикуються таким чином, що полярні частини, голови, звернені назовні, в сторону води, а неполярні хвости - всередину. Для аналогії можна уявити дублянку: хутро, а це у нас неполярні хвости, дивиться всередину, а шкіра - назовні. Такий ось подвійний шар з ліпідів утворює мембрану клітини. Для того, щоб вся ця система працювала, потрібна вода. У сонячній системі Земля - єдина планета, на якій є вода в придатній для життя рідкій формі. Замерзла вода є не тільки на Землі, вона є на тих же самих кометах, але вони, на жаль, підходять хіба що для заморозки. Але для життя в нашому, нехай і більш загальному розумінні, необхідна рідке середовище. Тоді виникає питання - якщо не на Землі, то де?
Цілком можливо, що на Марсі були моря і океани, але зараз поверхню нашого найближчого планетарного сусіда суха, і по ній успішно подорожує марсохід Curiosity. Меркурій, Венера, Юпітер і Сатурн теж не дуже обнадіюють в плані водних поверхонь. Однак астрономи виявили, що у останнього є супутник, Титан, і на ньому знаходяться моря. Заковика в тому, що моря ці складаються з рідких вуглеводнів, у тому числі метану і етану, до того ж з температурою під -180оС. Цей факт анітрохи не збентежив хіміків з Корнельського університету, і вони вирішили подивитися, які хімічні структури можуть існувати в таких умовах. У якості відправної точки вони взяли той самий ліпідний бішар, з якого на Землі складаються клітинні мембрани. Дослідники не намагалися знайти земну форму біологічної матерії, яка змогла б вижити в холодних морях Титана. Завдання полягало в тому, щоб знайти таку структуру, яка в рідкому метані виконувала б ті ж функції, що і клітинна мембрана в воді.
Згадаймо про полярні і неполярні молекули. Вода полярна, а метан - неполярний, це означає, що для «титанової» мембрани її структура повинна бути вивернута навиворіт - дублянка перетворюється назад в шубу, а полярні голови ховаються від молекул метану всередині подвійного шару. Крім того, мембрана повинна бути еластичною - вона не повинна «дубеть» при низьких температурах рідкого метану. І, крім усього, необхідно, щоб утворюють її молекули були здатні до самоорганізації. Це означає, що мембрана повинна збиратися сама з окремих молекул.
Дослідники провели комп'ютерні розрахунки, в яких вони змоделювали поведінку різних речовин в рідкому метані і з подивом виявили, що проста молекула акрилонітрилу виявилася здатна утворювати мембраноподобная структури. Молекули збиралися в подвійні шари, орієнтуючи полярні Нітрільниє групи всередину, а вуглеводневий «хвіст» виставляючи назовні. Подібні структури, схожі розміром з невеликими земними вірусами, виявилися цілком стійкі, а отже, є ймовірність, що в рідкому метані можуть існувати дуже цікаві об'єкти. Зрозуміло, не можна говорити про те, що в метанових морях Титана плавають якісь акрілонітріловие монстри, але ось задуматися про те, що таке життя і де її можна знайти, можливо, і варто. Якщо для земних організмів так необхідна вода, то можливо, для інших форм так само життєво необхідний який-небудь рідкий вуглеводень.
рис.1
А - молекули акрилонітрилу в рідини пов'язані між собою водневими зв'язками між атомом азоту і воднем етиленової групи. молекули разупорядочени
B - фрагмент кристала твердого акрилонітрилу. Нітрільниє групи орієнтовані один від одного
C - в присутності рідкого метану, молекулам акрилонітрилу стає вигідніше орієнтувати полярні Нітрільниє групи всередину частинки, щоб вони не стикалися з неполярними молекулами етану
D - сферична структура, утворена подвійним шаром. Всередину шару орієнтовані Нітрільниє групи, а зовні і всередині сфери - Етиленові хвости. Діаметр такої мембрано-подібної сфери становить 90 ангстрем, що можна порівняти з розміром невеликих вірусів. Фото: James Stevenson / Science Advances
рис.3 Gray Lensman / Flickr
за матеріалами Science Advances і Cornell University