Исследование показывает путь к протоклеткам на спутнике Сатурна Титане
Исследование NASA показало, что клеткоподобные компартменты, называемые везикулами, могут естественным образом формироваться в озёрах спутника Сатурна Титана.
Титан — единственное небесное тело, кроме Земли, на поверхности которого подтверждено существование жидкости. Однако озёра и моря Титана заполнены не водой, а жидкими углеводородами, такими как этан и метан.
На Земле жидкая вода считается необходимой для зарождения известной нам жизни. Многие астробиологи задавались вопросом, могут ли жидкости Титана также обеспечить среду для формирования молекул, необходимых для возникновения жизни — известной нам или, возможно, неизвестной.
Новое исследование NASA, опубликованное в International Journal of Astrobiology, описывает процесс, благодаря которому стабильные везикулы могут формироваться на Титане, основываясь на современных знаниях об атмосфере и химии спутника. Формирование таких компартментов — важный шаг на пути к созданию предшественников живых клеток (протоклеток).
Процесс включает молекулы, называемые амфифилами, которые могут самоорганизовываться в везикулы при определённых условиях. На Земле эти полярные молекулы имеют две части: гидрофобный (боящийся воды) конец и гидрофильный (любящий воду) конец. В воде группы таких молекул могут собираться вместе, образуя сферические структуры, подобные мыльным пузырям, где гидрофильная часть молекулы обращена наружу, взаимодействуя с водой и тем самым «защищая» гидрофобную часть внутри сферы. При определённых условиях могут формироваться два слоя, создавая клеткоподобный шар с бислойной мембраной, которая инкапсулирует каплю воды внутри.
Однако, рассматривая формирование везикул на Титане, исследователям пришлось учитывать среду, кардинально отличающуюся от ранней Земли.
Титан — крупнейший спутник Сатурна и второй по величине в Солнечной системе. Это также единственный спутник в нашей системе с существенной атмосферой.
Долгое время густая золотистая атмосфера Титана скрывала спутник от изучения. Однако с прибытием космического аппарата NASA «Кассини» к Сатурну в 2004 году наши представления о Титане изменились навсегда.
Благодаря «Кассини» мы теперь знаем, что на Титане существует сложный метеорологический цикл, который активно влияет на поверхность. Большая часть атмосферы Титана — азот, но также присутствует значительное количество метана (CH4). Этот метан образует облака и дождь, который выпадает на поверхность, вызывая эрозию и формируя речные каналы, наполняющие озёра и моря. Затем эта жидкость испаряется под солнечным светом, снова образуя облака.
Эта атмосферная активность также позволяет происходить сложной химии. Энергия Солнца разрушает молекулы, такие как метан, и их фрагменты затем реформируются в сложные органические молекулы. Многие астробиологи полагают, что эта химия может рассказать нам, как формировались и эволюционировали молекулы, необходимые для зарождения жизни на ранней Земле.
Новое исследование рассмотрело, как везикулы могут формироваться в замерзающих условиях углеводородных озёр и морей Титана, сфокусировавшись на каплях морского спрея, подбрасываемых вверх падающими каплями дождя. На Титане как капли спрея, так и поверхность моря могут быть покрыты слоями амфифилов. Если такая капля затем приземляется на поверхность водоёма, два слоя амфифилов встречаются, образуя двухслойную (или бислойную) везикулу, заключающую в себе исходную каплю. Со временем множество таких везикул рассеется по всему водоёму и будет взаимодействовать и конкурировать в эволюционном процессе, который может привести к примитивным протоклеткам.
Если предложенный путь реализуется, это расширит наше понимание условий, в которых жизнь может сформироваться.
«Существование любых везикул на Титане продемонстрировало бы увеличение порядка и сложности, что является условиями, необходимыми для зарождения жизни», — объясняет Конор Никсон из Центра космических полётов имени Годдарда NASA в Гринбелте, Мэриленд. «Мы вдохновлены этими новыми идеями, потому что они могут открыть новые направления в исследованиях Титана и, возможно, изменят то, как мы будем искать жизнь на Титане в будущем».
Первой миссией NASA на Титан станет предстоящий винтокрылый аппарат «Dragonfly», который будет исследовать поверхность спутника Сатурна. Хотя озёра и моря Титана не являются целью для «Dragonfly» (и миссия не будет нести инструмент для рассеяния света, необходимый для обнаружения таких везикул), аппарат будет перелетать с места на место, чтобы изучать состав поверхности спутника, проводить атмосферные и геофизические измерения и характеризовать обитаемость среды Титана.