Публикация в журнале «Международный журнал астробиологии» заявляет о возможности самопроизвольного образования везикул — структур, похожих на клетки — в жидких углеводородных озерах и морях Титана, спутника Сатурна. Такое открытие радикально меняет представления об обитаемости этого объекта.
Титан занимает особое место: это единственное небесное тело Солнечной системы помимо Земли с устойчивыми на поверхности жидкостными водоемами. В отличие от земных морей, вода которых состоит из молекул воды, моря Титана – смесь жидких углеводородов, главным образом этана и метана. Такое фундаментальное различие долгое время вызывало сомнения в возможности зарождения там жизни.
Жидкая вода на Земле считается необходимым условием для возникновения жизни. Новое исследование NASA показывает, что и в экзотических условиях Титана может протекать ключевой пребиотический процесс — образование стабильных везикул. Эту структуру рассматривают как важнейший этап в формировании протоцелл — предшественников живых клеток. Ученые смоделировали этот процесс, опираясь на точные данные о химическом составе и атмосфере Титана, полученные за долгие годы исследований.
Механизм включает амфифильные молекулы с двойственной природой: одна часть полярна и взаимодействует с жидкостями (гидрофильная), другая неполярна и отталкивает их (гидрофобная). В водной среде амфифилы самоорганизуются в шарообразные везикулы. Гидрофильные части обращены наружу, а гидрофобные — внутрь. При благоприятных условиях формируется двухслойная мембрана, образуя пузырёк с каплей воды или другой среды внутри.
Условия на Титане радикально отличаются от земных: экстремальный холод (около -180°C), отсутствие жидкой воды на поверхности и уникальный химический состав. Миссия Cassini, достигшая Сатурна в 2004 году, принесла ключевое понимание этой среды. Зонд выявил сложную метеорологическую систему Титана: плотная атмосфера (преимущественно азотная) содержит значительное количество метана (CH4). Метан образует облака, выпадает дождями, формируя реки, которые наполняют озера и моря. Жидкость затем испаряется, цикл замыкается. Солнечный свет расщепляет молекулы метана в атмосфере, а образовавшиеся активные фрагменты соединяются в сложные органические молекулы. Изучение этой химии считается многими астробиологами ключом к пониманию пребиотической химии ранней Земли.
Новое исследование исследует формирование везикул в холодных углеводородных морях Титана. Учёные разработали модель, где капли метанового дождя, падая на поверхность озера, поднимают брызги. Поверхность озера и сами брызги могут быть покрыты амфифильными молекулами. Если капля падает обратно на поверхность водоема, слои амфифилов с капли и с поверхности соединяются, формируя двухслойную везикулу с исходной каплей углеводородной жидкости внутри. С течением времени может образоваться множество таких везикул, которые рассеиваются по водоёму, взаимодействуя и конкурируя – запуская эволюционный процесс, который потенциально способен привести к образованию примитивных предшественников сложных клеток.
Подтверждение существования таких везикул на Титане стало бы революционным открытием. Наличие таких везикул свидетельствовало бы о возрастании упорядоченности и сложности в системе – условиях, критически важных для начала жизни. Мы воодушевлены этими идеями.
В будущем проверят эту гипотезу новые миссии. Следующая большая миссия NASA к Титану — беспилотник Dragonfly.
Хотя аппарат не предназначен для посадки в углеводородные озёра и не будет оснащён специальным прибором для прямого обнаружения везикул, его задача шире: передвигаться по поверхности Титана, изучать состав планеты, проводить атмосферные и геофизические измерения, а также оценивать возможность жизни на спутнике. Открытие возможности образования везикул повлияет на планирование текущих и будущих исследований Титана и поиска внеземной жизни.