💬 🔻 🍄 क्या टाइटेनियम जीवन का पालना है? 🈺 👨🏻‍🏭 👩🏼‍🤝‍👨🏾

शुभ दिन, प्रिय गीक समुदाय! मैं आपके न्यायालय में अपना पहला अनुवाद और Geektimes पर पहली पोस्ट प्रस्तुत करता हूं - "क्या टाइटेनियम जीवन का पालना है?" (मूल में - "टाइटन - द एबोड ऑफ लाइफ")। नासा से मूल यहाँ है । कागज टाइटेनियम के भौतिक गुणों पर विचार करता है, इस पर मेथोजेनिक जीवन रूपों की घटना की संभावना के संदर्भ में। उन्होंने चांसलर और अन्य प्रसन्नता को कम करने की कोशिश की, लेकिन अभी तक, मेरी राय में, बहुत सफलतापूर्वक नहीं। किसी भी मामले में, दिलचस्पी, मैं बिल्ली के नीचे पूछता हूं।

सामग्री:

परिचय
वास
- ऊर्जा स्रोत
- पोषक तत्वों
- द्रव का निवास स्थान
- द्रव चक्र और पदार्थों का परिवहन
कार्बन जैव रसायन
- स्वायत्तता के एक कारक के रूप में कम्पार्टमेंटलाइज़ेशन
- अणु-वाहक सूचना और उनके प्रतिकृति के तरीकों के लिए
- संरचनात्मक संश्लेषण और उनके संश्लेषण के लिए तरीके
पारिस्थितिकी प्रणालियों
जीवन की खोज
निष्कर्ष

परिचय

वर्तमान में, अन्य ग्रहों पर जीवन की खोज उन पर पानी की खोज के साथ अटूट रूप से जुड़ी हुई है। पानी कई प्रक्रियाओं और घटनाओं के लिए एक आवश्यक घटक है जो पृथ्वी पर जीवन का समर्थन करते हैं, जिसमें प्रकृति में जल चक्र और तरल जलीय माध्यम में कार्बन के परिचित जैव रसायन शामिल हैं। हम इन कारकों को तरल पानी के उद्भव के साथ उनके विकास को जोड़ने के लिए प्रदान करते हैं। एक सार्वभौमिक विलायक के रूप में पानी की भूमिका इसके रासायनिक और भौतिक गुणों से निकटता से संबंधित है। अन्य तरल पदार्थों को जीवन का आधार मानते हुए, जीवन की जरूरतों को पूरा करने के संदर्भ में उनके भौतिक-रासायनिक गुणों को ध्यान में रखना आवश्यक है।

टाइटेनियम एकमात्र खगोलीय पिंड है जिस पर सतह पर एक तरल - मीथेन और इथेन का अस्तित्व सिद्ध होता है। शनि का सबसे बड़ा उपग्रह होने के नाते, टाइटन पृथ्वी की तुलना में काफी छोटा है: इस पर गुरुत्वाकर्षण पृथ्वी का लगभग 1/7 है। टाइटेनियम की सतह पर वायुमंडलीय दबाव पृथ्वी की तुलना में 1.5 गुना अधिक है, और इसका औसत तापमान 95 K. नाइट्रोजन (95%), मीथेन (5%) और हाइड्रोजन (0.1%) वायुमंडल में व्याप्त है, और इसमें जटिल कार्बनिक यौगिकों के निशान हैं। टाइटन के निचले वातावरण में, मौसमी बादल बनने और वर्षा के साथ तरल मीथेन का सक्रिय संचलन होता है। टाइटेनियम 16 दिनों (दिन और रात चक्र) की संचलन अवधि के साथ शनि के समतुल्य कक्षा में है। ~ 27 a पर शनि की परिक्रमा की धुरी का ढलान 30 साल के चक्र के साथ टाइटन के उत्तरी और दक्षिणी गोलार्ध में मौसम का बदलाव प्रदान करता है।

टाइटन के वातावरण की निचली परतें 16-दिवसीय चक्र पर प्रतिक्रिया देने के लिए बहुत घनी हैं, लेकिन 30-वर्षीय चक्र के दौरान उनके परिवर्तन काफी ध्यान देने योग्य हैं। गर्मियों में, टाइटन के ध्रुवीय क्षेत्रों में घने बादल जमा होते हैं, जहां कई फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं होती हैं। वायुमंडलीय नाइट्रोजन और मीथेन के विघटन से टाइटन के वातावरण की ऊपरी परतों में कार्बनिक अणुओं से धुंध की उपस्थिति होती है, जिनमें से कुछ सतह पर बस जाते हैं। फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया का एक मुख्य उत्पाद इथेन है, जो सतह पर इकट्ठा होता है और मीथेन के साथ मिश्रित होता है। टाइटन पर बनने वाली हाइड्रोकार्बन झीलें ~ 1000 किमी व्यास में पहुँचती हैं। मिथेन और एथेन के साथ टाइटेनियम की मिट्टी को गीला करना ह्यूजेंस लैंडिंग जांच से साबित हुआ।

क्या हम यह मान सकते हैं कि टाइटन जीवन की परिस्थितियों में तरल हाइड्रोकार्बन के आधार पर उत्पन्न हुआ था? इस लेख का उद्देश्य हाइड्रोकार्बन पर्यावरण के गुणों, उसमें कार्बन की जैव रसायन और उसके आधार पर बनने वाले पारिस्थितिक तंत्रों को देखते हुए टाइटेनियम को जीवन के संभावित चक्र के रूप में चिह्नित करने का प्रयास करना है।

वास

पर्यावरण में जीवन की संभावना तरल पदार्थ (पृथ्वी के मामले में पानी) की भौतिक रासायनिक बातचीत और इसमें ठोस कणों की उपस्थिति से निर्धारित होती है। सूर्य की रोशनी, ज्वालामुखी और अन्य भौतिक प्रक्रियाएं पृथ्वी पर जीवन के लिए सबसे महत्वपूर्ण स्थिति बनाती हैं, जैसे कि:

रासायनिक या प्रकाश ऊर्जा के स्रोत
पोषक तत्वों
द्रव का निवास स्थान
पोषक तत्वों और अपशिष्ट के परिवहन के लिए द्रव चक्र

क्या टाइटन पर इस तरह के हालात हैं?

ऊर्जा स्रोत

टाइटन पर रासायनिक ऊर्जा स्रोतों के अस्तित्व की संभावना को अच्छी तरह से समझा गया है। यह साबित होता है कि टाइटेनियम के वातावरण में फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं के जैविक उत्पाद वायुमंडलीय हाइड्रोजन के साथ बातचीत करते समय ऊर्जा जारी करने में सक्षम हैं।

एथिन (एसिटिलीन) का हाइड्रोजनीकरण सबसे प्रभावी प्रतिक्रिया है, सी ₂ एच ₂ की प्रति लीटर 334 केजे ऊर्जा जारी करता है, जो पृथ्वी (40 केजे) पर मीथेनजेन के विकास को शुरू करने के लिए आवश्यक ऊर्जा के साथ तुलनीय है, या मीथेन और ऑक्सीजन की प्रतिक्रिया के साथ, जिसके परिणामस्वरूप ~ 900 केजे / मोल। प्रतिक्रियाओं तालिका में दिखाए - एक्ज़ोथिर्मिक है, लेकिन स्थिति वे टाइटन kinetically संकोची [kinetically हिचकते] है, जो जीव विज्ञान की दृष्टि से आदर्श है। इसलिए, उदाहरण के लिए, स्थलीय स्थितियों में, ओ ₂ की प्रतिक्रियाऔर सीएच ₄ काइनेटिक रूप से बाधित है, लेकिन मेथनोट्रोफ़्स, प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करते हुए, इसके पाठ्यक्रम के परिणामस्वरूप ऊर्जा प्राप्त करते हैं।

यदि रेडॉक्स जोड़े (जैसे सी ₂ एच ₂ , 3 एच ₂₎) वातावरण में बनते हैं, व्यापक रूप से टाइटेनियम पर वितरित होते हैं और तरल इथेन और मीथेन में आसानी से घुलनशील होते हैं; हम यह मान सकते हैं कि जीवन के प्रकाश संश्लेषण की आवश्यकता नहीं है। फिर भी, इसके पाठ्यक्रम की संभावना पर विचार करना बहुत दिलचस्प है। टाइटन के वायुमंडल में प्रकाश वितरण के मॉडल और हुइगेंस लैंडर द्वारा रोशनी के स्तर के प्रत्यक्ष माप हमें वातावरण के माध्यम से सतह पर सूर्य के प्रकाश के प्रवेश की एक पूरी तस्वीर देते हैं। सूर्य से टाइटन की रिमोटिटी (10 एयू) और वातावरण में घनी धुंध के कारण, इसकी सतह पर अधिकतम रोशनी पृथ्वी के 0.1% से अधिक नहीं है। फिर भी, ये स्थिति प्रकाश संश्लेषण के लिए उपयुक्त से अधिक हैं, जो स्थलीय परिस्थितियों में भी जारी है, यहां तक कि सौर प्रवाह की सीमा ^{6 6}दोपहर की तुलना में कई बार। इस प्रकार, टाइटेनियम की सतह पर प्रकाश संश्लेषण संभव है बशर्ते कि पृथ्वी पिगमेंट के समान उपयोग किया जाए। यह ध्यान देने योग्य है कि उपरोक्त सभी कारकों को ध्यान में रखते हुए भी, सूर्य से टाइटेनियम की सतह द्वारा प्राप्त ऊर्जा की मात्रा अधिक से अधिक परिमाण के आदेश है जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्राप्त की जा सकती है। इसलिए, टाइटेनियम जीवमंडल सीधे सौर ऊर्जा का उपभोग करने के लिए सबसे अधिक कुशल होगा। पृथ्वी पर, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया मुख्य रूप से सीओ ₂ और एच ₂ ओ का उपयोग करती है, जबकि टाइटन सीएच ₄ पर उनकी जगह ले सकती है , और एच ₂ प्रतिक्रिया का एक उप-उत्पाद होगा ।

पोषक तत्वों

नाइट्रोजन युक्त कार्बनिक पदार्थ, टाइटेनियम पर बहुत बार पाए जाते हैं। इस प्रकार, कार्बन, हाइड्रोजन और नाइट्रोजन विभिन्न प्रकार के यौगिकों में मौजूद हैं। टाइटन की सतह पर पानी की बर्फ है, लेकिन अभी तक ऑक्सीजन के साथ कोई अन्य यौगिक नहीं मिला है। इस वजह से, टाइटन पर जीवन सांसारिक जीवन की तुलना में पोषक तत्वों के रूप में उपयोग किए जाने वाले तत्वों का एक बहुत सीमित सेट हो सकता है।
पोषक तत्वों का एक खराब सेट जीवन रूपों के विकास के स्तर को प्रभावित कर सकता है। नीचे दी गई तालिका टाइटेनियम में मौजूद मीथेन और एथेन कार्बनिक यौगिकों में आसानी से घुलनशील दिखाती है।

टाइटन पर सबसे गंभीर समस्या का जीवन अकार्बनिक तत्वों (Fe, Cu, Mn, Zn, Ni, S, Ca, Na, K, आदि) तक पहुंच है जो पानी में घुलनशील हैं। विशेष रुचि एंजाइमों के मुख्य घटकों के रूप में धातुओं का उपयोग है। इस स्थिति में, दो दृष्टिकोण संभव हैं:

कम -से-पहुंच वाले तत्वों के रूढ़िवादी (पृथ्वी की तुलना में) रूढ़िवादी उपयोग
नामित अकार्बनिक पदार्थों के विकल्प के रूप में एच ₂ ओ का उपयोग

पृथ्वी के जीवमंडल में फास्फोरस का जैव-रासायनिक चक्र एक कठोर पदार्थ के उपयोग का एक उदाहरण है जो उपभोग के लिए तैयार एक रूप में नहीं है और जो पदार्थों के प्राकृतिक चक्र में शामिल नहीं है। टाइटेनियम के अकार्बनिक रासायनिक तत्वों के लिए कुछ ऐसा ही हो सकता है। ऐसे पदार्थों के संभावित स्रोत उल्का बौछार और धूमकेतु हो सकते हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि यह इस तरह से है कि वायुमंडल में सीओ, सीओ ₂ और एच ₂ ओ का स्तर टाइटन पर बना हुआ है । इस प्रकार, जीवन रूपों के लिए एक छोटा, लेकिन पर्याप्त, अकार्बनिक पदार्थों की धारा कार्बनिक धुंध के साथ सतह पर मिलती है जहां इसे संसाधित और उपयोग किया जा सकता है।

उपरोक्त का एक विकल्प सिद्धांत में अकार्बनिक तत्वों के उपयोग से जीवन रूपों की पूरी अस्वीकृति हो सकती है। यदि टाइटन पर जीवन को प्रकाश संश्लेषण की आवश्यकता नहीं होती है और इसे एन ₂ से नाइट्रोजन निर्धारण की आवश्यकता नहीं होती है(मुक्त नाइट्रोजन फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं के दौरान संश्लेषित कार्बनिक पदार्थों में मौजूद है), दो मुख्य कारण क्यों धातु आधारित उत्प्रेरक का उपयोग करने की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, यह माना जाता है कि टाइटेनियम पर पानी के अणुओं का उपयोग पृथ्वी पर एंजाइमों में धातुओं के समान भूमिका में किया जा सकता है। पानी में सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाओं के निर्माण के लिए हाइड्रोजन बॉन्ड का उपयोग असंभव है, हालांकि, यह माना जाता है कि टाइटन की शर्तों के तहत, उनकी सेनाएं कम तापमान पर जटिल संरचनाओं को रखने के लिए स्वीकार्य होंगी। हाइड्रोजन बांड (5-30 kJ / mol) वैन डेर वाल्स बलों की तुलना में अधिक मजबूत है, लेकिन सहसंयोजक (~ 300 kJ / mol) या आयनिक (20-30 kJ / mol) से कमजोर है। 95 K के तापमान पर टाइटेनियम पर थर्मल ऊर्जा (RT) ~ 1 kJ / mol है। पानी, टाइटन पर कुछ ध्रुवीय अणुओं में से एक है,हाइड्रोजन बांड के गठन के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है। हाइड्रोकार्बन "कोशिकाओं" में आयोजित व्यक्तिगत एच 2 ओ अणु या उनके छोटे समूह हाइड्रोजन बांड पर आधारित संरचनाओं में उत्प्रेरक की भूमिका निभा सकते हैं।

पृथ्वी पर, जीवन सामान्य है क्योंकि रहने योग्य तरल पानी आम है। चिली के अटाकामा के सबसे शुष्क रेगिस्तान में भी तरल पानी पाया जाता है। पृथ्वी के पानी की तरह टाइटन पर द्रव भी व्यापक है: उत्तरी में कई बड़ी झीलें और दक्षिणी गोलार्ध में कम से कम एक बड़ी झील की खोज की गई है। Huygens रोपण उपकरण डेटा से पता चला कि टाइटन के भूमध्यरेखीय क्षेत्र में मिट्टी को मीथेन और एथेन के साथ सिक्त किया गया था। कक्षा से अवलोकन से पता चलता है कि कम अक्षांश पर अधिकांश मिट्टी नम है। यह संभव है कि भूमध्य रेखा के पास छोटी झीलें भी हों। उनकी उत्पत्ति, सामग्री और वितरण की प्रकृति अभी भी ठीक से ज्ञात नहीं है। झील ओंटारियो के अपवाद के साथ पानी के अधिकांश बड़े पिंड उत्तरी गोलार्ध में स्थित हैं,झीलों का 97% एक क्षेत्र में 900 × 1800 किमी आकार (टाइटन के सतह क्षेत्र का लगभग 2%) में स्थित हैं।

टाइटन के सभी जलाशयों को दो बड़े समूहों में विभाजित किया जा सकता है। बड़ी झीलें (कई सौ किलोमीटर चौड़ी) कई सौ मीटर की गहराई तक पहुँचती हैं। उनकी तटरेखा असमान है, वे नदी चैनलों (उदाहरण के लिए, लाइगा के सागर) से जुड़े हुए हैं। छोटी झीलें, इसके विपरीत, छोटी हैं, और उनकी तटरेखा और भी अधिक है। छोटी झीलों के समान खाली खोखले, खुद झीलों से 250 मीटर ऊपर स्थित हैं। यह एक निश्चित स्तर के तरल को स्थापित करने वाले चैनलों के एक्वीफर्स और एक उपसतह नेटवर्क की उपस्थिति का संकेत दे सकता है।

टाइटन पर रहता है। कृत्रिम रंगों में टाइटन के उत्तरी गोलार्ध का नक्शा। झीलें नीली हैं, भूमि भूरी है। नक्शा कैसिनी रडार डेटा पर आधारित है। टाइटन पर सबसे बड़ी झील क्रैकन सागर, पोल के ठीक नीचे स्थित है। शीर्ष दायां Ligey का दूसरा सबसे बड़ा सागर है।

जटिल समुद्र तट और नदियों के साथ झील के कनेक्शन को दर्शाने वाली लिगेया सागर की एक रडार छवि। झील की चौड़ाई लगभग 400 किमी है।

यह माना जाता है कि टाइटन पर झीलें तरल मिथेन और ईथेन द्वारा ठोस कार्बनिक पदार्थों के विघटन के परिणामस्वरूप पृथ्वी पर करास्ट की तरह बनती हैं। कक्षा से वर्णक्रमीय चित्र टाइटन पर पांच प्रकार की भूमि की पहचान करना संभव बनाते हैं:

उज्ज्वल क्षेत्र
डार्क इक्वेटोरियल टिब्बा
नीला क्षेत्र
5 माइक्रोन के तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जित क्षेत्र
अंधेरी झीलें

रडार के अनुसार, ध्रुवीय और भूमध्यरेखीय झीलों के पास की मिट्टी में, हाइड्रोकार्बन और नाइट्राइल की एक उच्च सामग्री दर्ज की जाती है, लेकिन पानी की बर्फ की पूर्ण अनुपस्थिति। हालांकि, Huygens लैंडिंग बिंदु पर सतह उत्सर्जन स्पेक्ट्रम दानेदार पानी की एक परत को नम मिट्टी के साथ कवर करता है। अन्य विषुवतीय क्षेत्रों के लिए Huygens स्पेक्ट्रोमीटर डेटा को एक्सट्रपलेशन करके, यह माना जा सकता है कि कम अक्षांशों पर मिट्टी को लगातार सिक्त किया जाता है। यह या तो एक नम उपसतह परत के अस्तित्व के कारण हो सकता है, या व्यवस्थित बारिश से हो सकता है, जिसकी घटना इन अक्षांशों पर पुष्टि की जाती है। यह अनुमान लगाया जाता है कि वर्षा के बाद 5 से 50 दिनों तक मिट्टी नम रह सकती है। इस प्रकार, यदि जीवन तरल सीएच ₄ और सी ₂ एच ₆ में मौजूद हो सकता हैतब इसे टाइटन पर वितरित किया जाना चाहिए।

Huygens के लैंडिंग स्थल पर टाइटेनियम की सतह, 10.2 ° S, 192.4 ° W। 8 दृश्यमान पत्थरों को छवि में क्रमांकित किया गया है, उनमें से दो के आकार को एक साथ इंगित किया गया है। लैंडिंग मॉड्यूल से दूरी नीले रंग में इंगित की गई है। माना जाता है कि पत्थर ठोस कार्बनिक पदार्थों के साथ लिपटे पानी की बर्फ से बने होते हैं। पत्थरों का गोल आकार उन पर तरल के प्रभाव को इंगित करता है।

द्रव चक्र और पदार्थों का परिवहन

पृथ्वी पर, पानी ठोस कणों - लवणों के साथ स्वयं एच ₂ ओ अणुओं का मिश्रण है । इसमें घुली हवा को उपेक्षित किया जा सकता है। वाष्पीकरण से लवणों के ताजे पानी को अलग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप दो अलग-अलग तरल निवास स्थान बनते हैं: ताजा (झीलें और नदियाँ) और नमकीन (समुद्र और महासागर)। इस तथ्य के कारण कि पृथ्वी की अधिकांश सतह पानी से ढकी है, वाष्पीकरण और वर्षा की प्रक्रिया एक निरंतर चक्र है।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, टाइटन के कई भूमध्यरेखीय क्षेत्रों में तरल वर्षा दर्ज की गई थी। इसके अलावा, गर्मियों में ध्रुवीय क्षेत्रों में और मध्य अक्षांशों में, बादल का निर्माण होता है। एक नियम के रूप में, वर्षा की मात्रा अक्षांशों> 60 ° में वाष्पीकरण से अधिक होती है, जबकि निम्न और मध्य अक्षांशों में वाष्पीकरण की मात्रा अधिक होती है, जो इन क्षेत्रों में जलाशयों की अनुपस्थिति के अनुरूप है।

पृथ्वी के विपरीत, टाइटेनियम की सतह पर तरल पदार्थ तीन मुख्य घटक होते हैं: मीथेन, ईथेन और भंग वायुमंडलीय नाइट्रोजन (घुलनशीलता एन ₂₎मीथेन और इथेन में 20% तक पहुंच जाता है)। मिथेन और नाइट्रोजन की तुलना में एथेन अस्थिर नहीं है, जिसके परिणामस्वरूप तरल के वाष्पीकरण होने पर यह सतह पर बना रहता है। इस प्रकार, नाइट्रोजन और मीथेन (और, काफी हद तक, एथेन), जब वातावरण में, सतह पर तरल पदार्थों के साथ बातचीत कर सकता है। टाइटन पर बारिश इन गैसों का मिश्रण है।

अध्ययनों से पता चला है कि तीन घटक तरल एक घटक तरल की तुलना में वाष्पीकरण और संघनन के दौरान अलग-अलग व्यवहार करते हैं, इसके घटक यौगिकों की अलग-अलग अस्थिरता के कारण। विशेष रूप से, तापमान के साथ एक तरल का घनत्व बढ़ता है। इस प्रकार, ध्रुवीय क्षेत्रों में तरल भूमध्य रेखा की तुलना में कम घना है। यह भी ज्ञात है कि टाइटन पर एक तरल का घनत्व दबाव से विपरीत रूप से संबंधित है, जो पृथ्वी पर पानी के गुणों से मौलिक रूप से अलग है। उपरोक्त सभी कारण पृथ्वी की तुलना में टाइटन पर द्रव परिसंचरण की अधिक जटिल प्रणाली का कारण बनते हैं।

ऊपर वर्णित अंतर टाइटन की झीलों की संरचना में परिलक्षित होते हैं: उत्तरी वाले मीथेन से बने होते हैं, जबकि दक्षिणी ईथेन से बने होते हैं। यह संभव है कि लेक ओंटारियो एक बार बड़े, वाष्पित जलाशय का हिस्सा हो। इसके द्वारा, यह सांसारिक मृत सागर जैसा दिखता है। हालांकि, पृथ्वी के विपरीत, यह ज्ञात नहीं है कि पानी का शरीर कम वाष्पशील तरल के साथ संतृप्त होने पर जीवन के लिए कम उपयुक्त हो जाता है या नहीं। मिथेन (~ 20 गुना लाभ) और नाइट्रोजन की तुलना में ईथेन कार्बनिक अणुओं के लिए बहुत मजबूत विलायक है, और इसलिए जीवन रूपों के उद्भव और विकास के लिए ईथेन झील अधिक उपयुक्त हो सकते हैं।

यदि टाइटन पर झीलें कार्स्ट हैं, तो उनकी उम्र चंद्रमा की राहत के सबसे कम उम्र (~ 100,000 वर्ष से कम) की उम्र के साथ तुलना की जा सकती है। इसके अलावा, यह माना जाता है कि मध्य उत्तरी अक्षांश में कारस्ट संरचनाओं के गठन की दर दक्षिणी में तीन गुना अधिक है। यह इस तथ्य के कारण है कि, जलवायु मॉडल की भविष्यवाणियों के अनुसार, दक्षिणी अक्षांशों में, हालांकि अधिक तीव्र, लेकिन कम लगातार बारिश होती है।

इस प्रकार, टाइटन पर मीथेन और एथेन एक सक्रिय और जटिल द्रव चक्र का हिस्सा हैं, जिसमें वर्षा, वाष्पीकरण, झील निर्माण और मिट्टी की नमी शामिल है। पोषक तत्वों और कचरे के परिवहन के लिए ऐसे चक्र स्वीकार्य होने चाहिए, जिनके बिना जीवन का अस्तित्व नहीं हो सकता।

टाइटेनियम पर कार्बन जैव रसायन

सांसारिक जीवन तरल पानी में कार्बन युक्त यौगिकों की रासायनिक गतिविधि पर आधारित है। टाइटन पर एक संभावित जीवन का आधार इथेन और मीथेन के तरल मिश्रण में कार्बन की रासायनिक प्रतिक्रियाएं होनी चाहिए। स्थलीय जीवन रूपों द्वारा उपयोग की जाने वाली प्रमुख संरचनाएं (उदाहरण के लिए, सेल झिल्ली के हिस्से के रूप में एक लिपिड बाईलेयर; अमीनो एसिड; डीएनए) केवल पानी की तरह विलायक होने पर काम कर सकती हैं। पृथ्वी पर, कार्बन की जैव रसायन प्रदान करता है:

कम्पार्टमेंटलाइजेशन का सिद्धांत
जानकारी को संग्रहीत और संचारित करने वाले अणुओं की प्रतिलिपि बनाने की क्षमता और अस्तित्व
संरचनात्मक अणुओं का अस्तित्व और उनके संश्लेषण के लिए तरीके

क्या ये प्रक्रिया टाइटन की शर्तों के तहत हो सकती है?

स्वायत्तता के एक कारक के रूप में कम्पार्टमेंटलाइज़ेशन

यह माना जाता है कि जीवन के उद्भव के लिए एक आवश्यक कारक जीवित प्रणाली के आंतरिक भाग और बाहरी वातावरण के बीच एक खोल की उपस्थिति है। पृथ्वी पर, कोशिका झिल्ली एक लिपिड बाईलेयर पर आधारित होती है, और यह तरल पानी के साथ द्विध्रुवी लिपिड के संपर्क के कारण कार्य करती है। हाल के अध्ययनों के परिणामस्वरूप, एक झिल्ली मॉडल जिसे नाइट्रोजनोजोम कहा जाता है, प्रस्तावित किया गया है।कम तापमान पर तरल मीथेन में कार्य करने में सक्षम। इस झिल्ली में छोटे कार्बनिक नाइट्रोजन वाले यौगिक होते हैं, जैसे कि एक्रिलोनिट्राइल। झिल्ली की संरचनात्मक अखंडता नाइट्रोजन युक्त अणुओं के ध्रुवीय "सिर" और नाइट्रोजन और हाइड्रोजन परमाणुओं द्वारा उनके संबंध के बीच आकर्षण पर आधारित है। और यद्यपि प्रयोगशाला स्थितियों में नाइट्रोजनोसोम का संश्लेषण अत्यंत कठिन है, लेकिन संरचना ही एक ऐसा मॉडल है जो टाइटन की परिस्थितियों में काफी व्यवहार्य है।

जानकारी और उन्हें दोगुना करने के तरीकों के वाहक

यह पाया गया था कि किसी भी सूचना वाहक अणु (जैसे डीएनए) को उसमें संलग्न जानकारी के आधार पर अपना आकार नहीं बदलना चाहिए। इस सबसे महत्वपूर्ण विशेषता के लिए, उदाहरण के लिए, डीएनए अणु प्रोटीन से भिन्न होते हैं। एक अमीनो एसिड को एक क्रम में बदलने से प्रोटीन के आकार में आमूल-चूल परिवर्तन होगा, जबकि डीएनए ऐसे परिवर्तनों के प्रति प्रतिरक्षित होता है। इसलिए, भंडारण जानकारी के लिए डीएनए एक उपयुक्त अणु है, लेकिन प्रोटीन नहीं है।

हाल के अध्ययनों से पता चला है कि एस्टर, जो टाइटेनियम पर एक सूचना हस्तांतरण अणु की भूमिका के लिए उम्मीदवार माने जाते थे, व्यावहारिक रूप से 170 K (और टाइटन, याद करते हैं, ~ 95 K) से नीचे के तापमान पर अघुलनशील हैं, और जीवन के विकास के लिए बायोमाइमर की घुलनशीलता एक आवश्यक शर्त है। पानी केवल एक अच्छा विलायक है क्योंकि यह उच्च तापमान पर तरल अवस्था में है और इसके अणु ध्रुवीय हैं। इस प्रकार, टाइटेनियम पर घुलनशीलता में बाधा डालने वाले मुख्य कारक मीथेन और एथेन अणुओं का निम्न तापमान और गैर-ध्रुवीय प्रकृति है। इन परिस्थितियों में घुलनशील एक अणु की खोज आज भी जारी है।

यदि ऐसा अणु पाया जाता है, तो इसके भागों के बीच संबंध संभवतः हाइड्रोजन होगा। विकल्पों में से एक ध्रुवीय ऑक्सीजन और नाइट्रोजन युक्त अणुओं के साथ हाइड्रोजन बंधन हो सकता है। उनके अलावा, इलेक्ट्रोइन्डेक्टिव पॉलिमर जैसे पॉलीपीरोल या पॉलीनीलाइन जानकारी स्टोर कर सकते हैं। वे कार्बन, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से मिलकर बने होते हैं और स्थिर रेडॉक्स राज्यों के बीच संक्रमण कर सकते हैं, जो कोडिंग जानकारी का आधार बन सकता है।

संरचनात्मक संश्लेषण और उनके संश्लेषण के लिए तरीके

सांसारिक जीवन के लिए, प्रोटीन मुख्य संरचनात्मक अणु बन गया है। केवल 20 आवश्यक अमीनो एसिड का उपयोग करके, जीवन रूपों विभिन्न प्रोटीनों की एक बड़ी मात्रा का संश्लेषण करते हैं। व्यक्तिगत प्रोटीन को "जटिल" रूप में पैक किया जाता है, क्योंकि दोनों के बीच स्वयं और, मुख्य रूप से, उनके हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक गुणों के कारण बातचीत होती है।

टाइटन पर तरल पदार्थों में, प्रोटीन एनालॉग्स में हाइड्रोकार्बन चेन, सुगंधित यौगिक-आधारित संरचनाएं, कार्बन नैनोस्ट्रक्चर (ग्राफीन सहित), और विभिन्न प्रकार के फुलरीन शामिल हो सकते हैं। इन यौगिकों में नाइट्रोजन जोड़ने से उनकी विविधता में काफी वृद्धि हो सकती है।

पारिस्थितिकी प्रणालियों

यह सर्वविदित है कि पृथ्वी पर अधिकांश जीवन रूप समूहों में रहते हैं। ऐसे समूहों के भीतर, पदार्थों और आनुवंशिक जानकारी का अधिक कुशल आदान-प्रदान होता है। हाल के आंकड़ों के अनुसार, सूक्ष्मजीव समुदाय एकल व्यक्तियों की तुलना में कठोर परिस्थितियों को बेहतर तरीके से सहन कर सकते हैं। पृथ्वी का तरल पानी जीवों को शारीरिक संपर्क बनाने की अनुमति देता है; इसके अलावा, यह कोशिका द्वारा स्रावित पदार्थों के परिवहन को वहन करता है।
यदि टाइटन पर जीवन तरल मीथेन और ईथेन में मौजूद बायोमोलेक्यूलस पर आधारित है, तो यह संभावना है कि पृथ्वी जैसे पारिस्थितिकी तंत्र वहां भी बन सकते हैं। जीवन रूपों के लिए सिग्नलिंग अणु कम आणविक भार हाइड्रोकार्बन हो सकते हैं जो मीथेन-इथेन तरल माध्यम में मोबाइल हैं। यदि टाइटेनियम पर आनुवंशिक सामग्री घुलनशील पॉलिमर में संग्रहीत की जाती है, तो वे इसकी सतह पर एक तरल माध्यम में मोबाइल भी हो सकते हैं। यह भी संभव है कि हाइड्रोकार्बन के गोले और आनुवंशिक सामग्री के साथ स्थलीय वायरस की समानता है।

जीवन की खोज

सांसारिक लोगों से टाइटन पर प्रस्तावित जीवन रूपों के बीच भारी अंतर को देखते हुए, शनि के इस उपग्रह पर जीवन खोजने के लिए एक रणनीति विकसित करना आवश्यक है। इसके मूल सिद्धांत, हालांकि, पहले ही विकसित किए जा चुके हैं।

जीवन के मुख्य गुणों में से एक इसकी चयनात्मकता है जो उपयोग किए गए अणुओं के संबंध में है। टाइटन पर रासायनिक रूप से समान पदार्थों की विभिन्न विविधताएं मौजूद हो सकती हैं, और जीवन रूपों को उनके बीच चयन करना होगा। इस प्रकार, जीवन की उपस्थिति में, टाइटन पर विभिन्न अणुओं की एकाग्रता में एक महत्वपूर्ण अंतर देखा जाना चाहिए, जबकि एक अजैविक वातावरण में मतभेद कम तेज होंगे।

जीवन की जैविक चयनात्मकता का सबसे महत्वपूर्ण उदाहरण चिरायता है। पृथ्वी पर जीवन केवल एल-अमीनो एसिड का उपयोग करता है, न कि उनके डी-एनालॉग्स का। टाइटन पर समलैंगिकता की खोज जीवन का गंभीर प्रमाण होगा। चिरायता का सबसे सरल उदाहरण एक परमाणु है, जिसमें चार समूह इस तरह से जुड़े होते हैं कि, जब उस पर और उसके दर्पण प्रतिबिंब पर सुपरिम्पोज किया जाता है, तो वे संयोग नहीं करेंगे। हाइड्रोकार्बन में नाइट्रोजन के समावेश के साथ ही चैरिटी सेंटरों का निर्माण संभव है।

जीवन का अस्तित्व पर्यावरण की संरचना को प्रभावित नहीं कर सकता है। तो, ओ ₂ , सीओ ₂ , सीएच ₄ और यहां तक कि एन _{2 के} अधिकांशपृथ्वी के वातावरण में रहने वाले जीवों द्वारा उत्पादित। टाइटन के वातावरण का अध्ययन इसकी सतह से मिट्टी के नमूने एकत्र करने की तुलना में बहुत सरल लगता है, इसलिए इसे उपेक्षित नहीं किया जाना चाहिए। यह माना जाता है कि H ₂ टाइटन पर जैविक गतिविधि के सबसे सटीक संकेतक के रूप में काम कर सकता है । जीवन रूपों द्वारा वायुमंडलीय हाइड्रोजन की खपत ट्रोपोस्फीयर में इसकी सामग्री को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करेगी, बशर्ते कि इसकी खपत 10 ⁹ सेमी ^-2 * एस ^{-1 से अधिक हो} । टाइटेनियम के वातावरण में फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, 0.32 से 1.2 x 10 ⁹ सेमी ^-2 * s ^-1 C ₂ H ₂ और 1.2 से 15 x 10 ⁹ सेमी ^{-2 बनते हैं।}* s ^-1 C ₂ H ₆ । अगर हम यह मान लें कि मेथनोगन्स इस मात्रा का ~ 20% उपभोग करते हैं, तो टाइटेनियम की सतह पर हाइड्रोजन सामग्री लगभग स्थिर हो जाएगी। अन्यथा, इसकी मात्रा धीरे-धीरे ऊपर उठने के साथ बढ़ेगी।

उपस्थिति (ठोस रेखा) और मेथनोजेनिक जीवन रूपों की अनुपस्थिति में टाइटेनियम की सतह पर हाइड्रोजन का योजनाबद्ध वितरण

जीवन के अस्तित्व का एक और संकेत एसिटिलीन और ईथेन का स्तर है। यह पुष्टि की गई है कि टाइटेनियम की सतह पर कई मॉडल की तुलना में कम ईथेन की मात्रा कम होनी चाहिए। उत्तरार्द्ध ने भविष्यवाणी की कि टाइटन की सतह को कई मीटर मोटी परत के साथ कवर करने के लिए पर्याप्त ईथेन होना चाहिए। कैसिनी जांच में ऐसी कोई परत नहीं मिली। इसके अलावा, मॉडलों के साथ तुलना में, टाइटन पर एसिटिलीन की कमी है, इसके बावजूद वायुमंडल में संश्लेषण और अनुमानित सतह भंडार है। Huygens जांच की लैंडिंग के दौरान एसिटिलीन का कोई निशान नहीं पाया गया। ये तथ्य ईथेन और एसिटिलीन की भागीदारी के साथ सतह पर होने वाली कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं का संकेत देते हैं।
यह पाया गया कि टाइटन के वातावरण में हाइड्रोजन की सांद्रता विषम है और यह 50 ° उत्तरी अक्षांश के समानांतर औसत से अधिक है। यह माना जा सकता है कि ईथेन के बेहतर विघटनकारी गुणों के कारण अमीर इथेन युक्त दक्षिणी गोलार्ध उत्तरी गोलार्ध की तुलना में अधिक हाइड्रोजन का उपभोग करता है।

कुछ मॉडल टाइटन के वातावरण में हाइड्रोजन के नीचे की ओर प्रवाह की भविष्यवाणी करते हैं। इसके लिए चार संभावित स्पष्टीकरण हैं (संभावना के क्रम में):

मॉडल गलत तरीके से या गलत तरीके से टाइटेनियम की जलवायु और रासायनिक परिस्थितियों का अनुकरण कर सकता है और कोई हाइड्रोजन प्रवाह मौजूद नहीं हो सकता है।
ऊपरी वायुमंडल से निचले हिस्से तक हाइड्रोजन स्थानांतरण की एक भौतिक प्रक्रिया हो सकती है। तो, हाइड्रोजन ठोस भारी कार्बनिक कणों के साथ टाइटेनियम की सतह पर मिल सकता है।
यदि टाइटन की सतह पर वास्तव में हाइड्रोजन के स्तर में गिरावट देखी जाती है, तो इस के एक अजैविक स्पष्टीकरण के लिए सतह पर एक निश्चित उत्प्रेरक की उपस्थिति की आवश्यकता होती है।
हाइड्रोजन, एसिटिलीन और ईथेन की खपत तरल मीथेन और एथेन में कार्बन के आधार पर गठित एक अज्ञात जीवन रूप में होती है।

इस प्रकार, टाइटन पर जीवन के निशान खोजने की सबसे अच्छी विधि निम्न वायुमंडल में हाइड्रोजन, एसिटिलीन और ईथेन के स्तर को सटीक रूप से मापना होगा।

निष्कर्ष

लेख सैटर्न टाइटन के उपग्रह को पहले अज्ञात जीवन रूप के संभावित क्रैडल के रूप में मानता है। इसकी सतह पर एक तरल माध्यम का अस्तित्व, पर्याप्त मात्रा में प्रकाश और ऊर्जा, वायुमंडल से कार्बनिक पदार्थों का एक निरंतर प्रवाह इसके विकास के लिए बहुत अनुकूल परिस्थितियां लगती हैं। इन शर्तों के तहत, एक (सिद्धांत में) कोशिका झिल्ली मौजूद हो सकती है। प्रयोगशाला अध्ययन, हालांकि, टाइटन पर स्थितियों के लिए उपयुक्त एक सूचना वाहक अणु नहीं मिला। इस प्रकार, टाइटन पर जीवन की संभावना अभी भी एक खुला प्रश्न है।

प्रस्तावित जीवन शैली के सामने मुख्य चुनौतियाँ हैं (उन्हें दूर करने के लिए कठिनाई के कारण):

सतह पर विभिन्न प्रकार के रासायनिक तत्व
कम तापमान, और, परिणामस्वरूप, तरल मीडिया में पदार्थों की कम घुलनशीलता
मीथेन और एथेन अणुओं की गैर-ध्रुवीय प्रकृति, उनमें कार्बनिक और अकार्बनिक अणुओं की घुलनशीलता को कम करती है
प्रोटीन की तुलना में संरचनात्मक हाइड्रोकार्बन अणुओं की एक छोटी विविधता

इन सीमाओं को देखते हुए, यह माना जा सकता है कि अगर टाइटन पर जीवन है, तो यह आदिम है, हेटरोट्रॉफिक है, एक धीमा चयापचय और एक अपेक्षाकृत सरल जीनोटाइप है। जीवों के समुदाय भी विविध नहीं हैं और पृथ्वी पर एक्सोफाइल बैक्टीरिया के समुदायों के अनुरूप हो सकते हैं।

जीवन रूपों के लिए टाइटेनियम के लाभों में शामिल हैं:

वायुमंडल से पोषक तत्वों का लगातार, आसानी से सुलभ प्रवाह
सतह पर पराबैंगनी और आयनीकरण विकिरण की अनुपस्थिति
95 K के आसपास के तापमान पर थर्मोलिसिस की कम संभावना

केवल प्राथमिक उत्पादकों और शिकारियों के बिना, टाइटन पर सबसे सरल पारिस्थितिकी तंत्र मौजूद हो सकते हैं। जीवन रूपों को ऊर्जा के लिए बेहद निंदनीय होना चाहिए, और उनकी वृद्धि, इसलिए, धीमी हो जाएगी। यह पूरी तरह से संभव है कि टाइटन पर जीवन एक नाइट्रोजन शेल [azotomes] में होने वाली ऑटो-उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं से थोड़ा अधिक है । लेकिन अगर यह वंशानुगत जानकारी को संग्रहीत करने और प्रसारित करने में सक्षम है, अर्थात, यह डार्विन का है, तो यह एक सौर मंडल में दो असमान जीवन रूपों की स्वतंत्र पीढ़ी का एक अच्छा उदाहरण दिखाएगा। और, कौन जानता है: शायद, इसकी खोज विविध और अद्भुत प्राणियों से भरे, ब्रह्मांड के साथ परिचित होने के मार्ग पर पहला कदम होगा।

क्या टाइटेनियम जीवन का पालना है?