|
Титан бросает вызов взглядам на химию жизни
|
|
|
|
Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции и американского космического агентства НАСА сделали неожиданное открытие, которое бросает вызов одному из основных правил химии и дает новые знания о загадочном спутнике Сатурна Титане. В условиях экстремально холодного климата обычно несовместимые вещества все еще могут смешиваться. Это открытие расширяет наши представления о химии, существовавшей до появления жизни.
|
|
|
|
Ученые давно интересовались самым большим спутником Сатурна оранжевого цвета, поскольку его эволюция может рассказать нам больше о нашей собственной планете и самых ранних химических этапах зарождения жизни. Холодное окружение Титана и его плотная атмосфера, наполненная азотом и метаном, во многом напоминают условия, которые, как считается, существовали на молодой Земле миллиарды лет назад. Таким образом, изучая Титан, исследователи надеются найти ключ к разгадке происхождения жизни.
|
|
|
|
Мартин Рам, доцент кафедры химии и химической инженерии университета Чалмерса, долгое время работал над тем, чтобы лучше понять, что происходит на Титане. Теперь он надеется, что удивительное открытие исследовательской группы о том, что некоторые полярные и неполярные вещества могут сочетаться, послужит основой для будущих исследований Титана. "Это очень интересные находки, которые могут помочь нам понять что-то в очень крупном масштабе, спутник размером с планету Меркурий", - говорит он.
|
|
|
|
|
|
|
Новое понимание основ жизни в экстремальных условиях
|
|
|
|
Статья исследователей, опубликованная в журнале PNAS, показывает, что метан, этан и цианистый водород, которые в больших количествах присутствуют в атмосфере и на поверхности Титана, могут взаимодействовать таким образом, который ранее не считался возможным.
|
|
|
|
Тот факт, что цианистый водород, исключительно полярная молекула, может образовывать кристаллы с совершенно неполярными веществами, такими как метан и этан, вызывает удивление, поскольку такие вещества обычно остаются строго разделенными, подобно нефти и воде.
|
|
|
|
"Открытие неожиданного взаимодействия между этими веществами может повлиять на наше понимание геологии Титана и его странных ландшафтов, состоящих из озер, морей и песчаных дюн", - говорит Мартин Рам, возглавлявший исследование.
|
|
|
|
"Кроме того, цианистый водород, вероятно, играет важную роль в абиотическом создании нескольких строительных блоков жизни, например, аминокислот, которые используются для построения белков, и нуклеиновых оснований, которые необходимы для генетического кода. Таким образом, наша работа также помогает лучше понять химию, существовавшую до появления жизни, и то, как она могла развиваться в экстремальных, негостеприимных условиях".
|
|
Вопрос, на который не было ответа, привел к сотрудничеству с НАСА
|
|
|
|
В основе исследования Чалмерса лежит вопрос о Титане, на который нет ответа: что происходит с цианистым водородом после того, как он образуется в атмосфере Титана? Оседают ли его метры на поверхности или он каким-то образом взаимодействует или вступает в реакцию с окружающей средой?
|
|
|
|
Чтобы найти ответ, группа ученых из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в Калифорнии начала проводить эксперименты, в ходе которых они смешивали цианистый водород с метаном и этаном при температурах до 90 Кельвинов (около -180 градусов по Цельсию). При этих температурах цианистый водород представляет собой кристаллы, а метан и этан - жидкости.
|
|
|
|
Когда они изучили такие смеси с помощью лазерной спектроскопии, метода исследования материалов и молекул на атомном уровне, они обнаружили, что молекулы остались нетронутыми, но что-то все же произошло. Чтобы понять, что именно, они связались с исследовательской группой Мартина Рама в Чалмерсе, которая провела обширные исследования цианистого водорода.
|
|
|
|
"Это привело к захватывающему теоретическому и экспериментальному сотрудничеству между Чалмерсом и НАСА. Вопрос, который мы задали себе, был немного безумным: можно ли объяснить результаты измерений кристаллической структурой, в которой метан или этан смешаны с цианистым водородом? Это противоречит правилу химии "подобное растворяется в подобном", которое, по сути, означает, что не должно быть возможности комбинировать эти полярные и неполярные вещества", - говорит Рам.
|
|
|
|
Расширяя границы химии
|
|
|
|
Исследователи из Чалмерса использовали крупномасштабное компьютерное моделирование, чтобы проверить тысячи различных способов организации молекул в твердом состоянии в поисках ответов.
|
|
|
|
В ходе своего анализа они обнаружили, что углеводороды проникли в кристаллическую решетку цианистого водорода и образовали новые стабильные структуры, известные как сокристаллы.
|
|
|
|
"Это может происходить при очень низких температурах, как на Титане. Наши расчеты показали не только стабильность неожиданных смесей в условиях Титана, но и то, что спектры света хорошо совпадают с измерениями НАСА", - говорит он.
|
|
|
|
Это открытие бросает вызов одному из самых известных правил химии, но Мартин Рам не считает, что пришло время переписывать учебники по химии.
|
|
|
|
"Я рассматриваю это как хороший пример того, как границы в химии меняются и общепринятое правило не всегда применимо", - говорит он.
|
|
|
|
Ожидается, что в 2034 году космический зонд НАСА Dragonfly достигнет Титана с целью изучения того, что находится на его поверхности. До тех пор Мартин Рам и его коллеги планируют продолжить изучение химии цианистого водорода, частично в сотрудничестве с НАСА.
|
|
|
|
"Цианистый водород обнаружен во многих местах Вселенной, например, в больших пылевых облаках, в атмосферах планет и в кометах. Результаты нашего исследования могут помочь нам понять, что происходит в других холодных средах космоса. И, возможно, нам удастся выяснить, могут ли другие неполярные молекулы также проникать в кристаллы цианистого водорода, и если да, то что это может означать для химии, предшествовавшей возникновению жизни", - говорит он.
|
|
|
|
В 2028 году американское космическое агентство NASA планирует запустить космический зонд Dragonfly, который, как ожидается, достигнет Титана в 2034 году. Цель проекта - изучение пребиотической химии, которая предшествует возникновению жизни, и поиск признаков жизни.
|
|
|
|
Источник
|
