Хіміки показали, що на супутнику Сатурна - Титане можуть знаходитися структури, подібні до клітинних мембран живих організмів. Правда, існувати вони можуть тільки в рідкому метані при вкрай низькій температурі.
Одне з фундаментальних питань, на яке поки так і не знайдено відповідь, це те, яким чином на Землі зародилося життя. Існують різні теорії, як у 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 у воді відбуваються всі біохімічні реакції, які роблять молекули «живими». Щоб організм міг розглядатися як щось відокремлене, він повинен мати межу, яка відокремлює його від навколишнього середовища. Роль такого бар'єру виконує клітинна мембрана. Вона складається з певних молекул - ліпідів. Особливість ліпідів у тому, що вони мають полярну голову і неполярний хвіст. І хоча білий ведмідь теж називається полярним, до ліпід він не має ніякого відношення. В даному випадку, полярність - властивість молекул. Наприклад, молекула води і спирту - полярні, а олії - ні. Саме завдяки принципу, що подібне змішується з подібним, можна отримати всім відомий розчин спирту у воді, а от розчинити масло в склянці з водою не вийде.
Ліпіди підкоряються тим же самим законам, з тим лише застереженням, що у них і полярна, і неполярна частини пов'язані між собою. Якщо такі молекули помістити у воду, а це, як ми пам'ятаємо, полярне середовище, то ліпіди почнуть самоорганізовуватися в структуру, яка називається ліпідний біслою. Ліпіди шикуються таким чином, що полярні частини, голови, звернені назовні, в бік води, а неполярні хвости - всередину. Для аналогії можна представити 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, необхідне рідке середовище. Тоді виникає питання - якщо не на Землі, то де?
Цілком можливо, що на Марсі були моря і океани, але зараз поверхня нашого найближчого планетарного сусіда сухо, і по ній успішно подорожує марсохід Curiosity. Меркурій, Венера, Юпітер і Сатурн теж не надто обнадіюють у плані водних поверхонь. Однак астрономи виявили, що в останнього є супутник, Титан, і на ньому знаходяться моря. Заковика в тому, що моря ці складаються з рідких вуглеводнів, в 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. Як відправну точку вони взяли той самий ліпідний біслій, 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 у воді.
Згадаймо про полярні та неполярні молекули. Вода полярна, а метан - неполярний, це означає, що для «титанової» мембрани її структура повинна бути вивернута навиворіт - дублянка перетворюється назад на шубу, а полярні голови ховаються від молекул метану всередині подвійного шару. Крім того, мембрана повинна бути еластичною - вона не повинна «дубіти» при низьких температурах рідкого метану. І, крім усього, необхідно, щоб утворюючі 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 акрилонітрила виявилася здатна утворювати мембраноподібні структури. Молекули збиралися в подвійні шари, орієнтуючи полярні нітрильні групи всередину, а вуглеводневий «хвіст» виставляючи назовні. Подібні структури, схожі розміром з невеликими земними вірусами, виявилися цілком стійкі, а значить, є ймовірність, що в рідкому метані можуть існувати досить цікаві об'єкти. Зрозуміло, не можна говорити про те, що в метанових морях Титана плавають якісь акрилонітрилові монстри, але ось задуматися про те, що таке життя і де його можна знайти, можливо, і варто. Якщо для земних організмів так необхідна вода, то можливо, для інших форм так само життєво необхідний якийсь рідкий вуглеводень.
Рис.1
А - молекули акрилонітрилу в рідині пов'язані між собою водневими зв'язками між атомом азоту і воднем етиленової групи. Молекули впорядковані
B - фрагмент кристала твердого акрилонітрилу. Нітрильні групи орієнтовані одна від одної
C - у присутності рідкого метану, молекулам акрилонітрила стає вигідніше орієнтувати полярні нітрильні групи всередину частинки, щоб вони не стикалися з неполярними молекулами етану
D - сферична структура, утворена подвійним шаром. Всередину шару орієнтовані нітрильні 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