|
Ионные жидкости изменяют зону обитаемости
|
|
|
|
"Следуй за водой" на протяжении десятилетий было руководящей мантрой астробиологии и даже космических исследований в целом. Если вы хотите найти жизнь, имеет смысл поискать универсальный растворитель, который используют почти все виды жизни на Земле. Но что, если жизнь на самом деле не нуждается в воде для жизни или даже для развития? В недавней статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv исследователями Массачусетского технологического института, в том числе доктором Сарой Сигер, и Университета Кардиффа, предлагается альтернатива воде в качестве основы для жизни — ионные жидкости (ILs) и глубокие эвтектические растворители (DES).
|
|
|
|
Эти жидкости могут позволить жизни существовать в средах, которые мы когда-то считали слишком жаркими, слишком холодными или слишком бесплодными для поддержания жизни, и могут кардинально изменить наши поиски жизни во всем космосе.
|
|
|
|
ILS — это, по сути, соли, которые остаются в жидкой фазе при низких температурах - обычно ниже 100°C. DES, с другой стороны, представляют собой смеси соединений, которые имеют гораздо более низкую температуру плавления, чем их отдельные части, и удерживаются вместе за счет электростатических сил, таких как водородные связи и ван-дер-Ваальсовы силы. Оба они обладают физическими свойствами, которые делают их интересными с астробиологической точки зрения.
|
|
|
|
Они обладают исключительной физической устойчивостью. Прежде всего, давление их паров на порядок ниже давления воды. Поскольку это означает, что они практически не испаряются, они могут сохраняться в виде микрокапель или тонких пленок в вакууме или на планетах с невероятно разреженной атмосферой. Если на планете есть атмосфера, она также может оставаться жидкой при невероятных перепадах температур. Например, одна конкретная ионная жидкость ([NBu3H][HFAC]) имеет температуру плавления -93°C.
|
|
|
|
|
|
|
Физические свойства великолепны, но они бесполезны, если строительные блоки жизни не могут к ним приспособиться. Но, согласно обзору литературы, проведенному исследователями, есть большая вероятность, что жизнь сможет. Они обнаружили, что 71% протестированных белков сохраняли свою свернутую структуру в растворах с очень небольшим количеством воды. Кроме того, 65% ферментов сохраняли свою каталитическую активность в тех же растворителях. И чтобы частично подтвердить их точку зрения, один конкретный фермент, называемый целлюлазой, оставался стабильным при температуре 115°C.
|
|
|
|
Что еще интереснее, есть некоторые свидетельства того, что сама природа использует эти растворители в экстремальных случаях. Вид муравьев, известный как tawny crazy ant, естественным образом синтезирует ионную жидкость для нейтрализации яда огненных муравьев. Кроме того, некоторые виды "воскрешающих растений", которые эволюционировали, чтобы пережить сильную засуху, вырабатывают в своих клетках смесь сахаров и аминокислот, подобную DES, которая защищает их белки, когда вода полностью исчезает.
|
|
|
|
Более того, строительные материалы для этих растворителей доступны по всей Солнечной системе. Это исследование было частично вдохновлено недавней статьей, в которой лаборатория доктора Сигера случайно произвела IL при смешивании серной кислоты (которая составляет большой процент облаков Венеры) с азотсодержащей органикой. На Марсе есть тонны перхлоратных и хлоридных рассолов, которые, хотя и токсичны для жизни в том виде, в каком мы ее знаем, могут служить химическими предшественниками ILs и DES.
|
|
|
|
Даже у комет есть примеры таких предшественников. Поскольку они нагреваются и остывают во время своих эксцентричных орбит, защищенные жидкие полости могут служить в качестве тиглей для пребиотической химии. Но, пожалуй, самое интересное, что скалистые экзопланеты, потерявшие всю свою воду, могут по-прежнему сохранять микроскопические сети из этих жидкостей в своей коре. Возможно, этого недостаточно для поддержания жизни целой развитой цивилизации, но что-то похожее на бактерии может существовать бесконечно долго даже на небольших количествах этих растворителей.
|
|
|
|
Это последнее открытие является основой для гипотезы о замене воды. Поскольку планета медленно теряет воду на протяжении миллионов лет, жизнь может эволюционировать, чтобы синтезировать свою собственную ионную жидкость, как те рыжевато-коричневые сумасшедшие муравьи. В конце концов, он может развиться настолько, что полностью усвоит свой новый растворитель, необходимый для его эквивалента в сложной органической химии.
|
|
|
|
Хотя в теории это замечательно, мы вряд ли сможем увидеть какие-либо формы жизни с такими особенностями на экзопланете в ближайшее время. Но мы могли бы провести некоторые тесты, чтобы убедиться, что эта гипотеза выполнима. Попытка сформировать ILs и DES из основных строительных блоков других планет - это один шаг. Другой шаг - проверить, могут ли на них формироваться важные биологические структуры, такие как клеточные мембраны. Но если теория подтвердится, "обитаемая зона" вокруг чужих звезд может быть значительно больше, чем мы когда-либо представляли. Возможно, нам просто нужно поискать другие виды "луж".
|
|
|
|
Источник
|
