Apakah titanium tempat lahirnya kehidupan?

Selamat siang, komunitas geek sayang! Saya mempersembahkan untuk sidang Anda terjemahan pertama saya dan posting pertama di Geektimes - "Apakah Titanium tempat lahirnya kehidupan?" (dalam aslinya - "Titan - The Abode of Life"). Yang asli dari NASA ada di sini . Makalah ini mempertimbangkan sifat fisikokimia Titanium dalam hal kemungkinan terjadinya bentuk kehidupan metanogenik di atasnya. Dia mencoba untuk meminimalkan kedutaan dan kesenangan lainnya, tetapi sejauh ini, menurut saya, tidak terlalu berhasil. Bagaimanapun, tertarik, saya bertanya di bawah kucing.

Konten:

• Pendahuluan
• Habitat
  
  • Sumber energi
  • Nutrisi
  • Habitat fluida
  • Siklus cairan dan transportasi zat
  
  
• Biokimia karbon
  
  • Kompartementalisasi sebagai faktor otonomi
  • Molekul-pembawa informasi dan metode untuk replikasi mereka
  • Molekul struktural dan metode untuk sintesis mereka
• Ekosistem
• Pencarian seumur hidup
• Kesimpulan

Pendahuluan

. , , . , . . , - .

— , — — . , : 1/7 . 1.5 , — 95 . (95%), (5%) (0.1%), . . 16 ( ). ~27˝ 30 .

Lapisan bawah atmosfer Titan terlalu padat untuk merespon siklus 16 hari, tetapi perubahan mereka selama siklus 30 tahun cukup terlihat. Di musim panas, awan tebal menumpuk di daerah kutub Titan, tempat banyak reaksi fotokimia terjadi. Disosiasi nitrogen atmosfer dan metana menyebabkan munculnya kabut dari molekul organik di lapisan atas atmosfer Titan, beberapa di antaranya mengendap di permukaan. Salah satu produk utama dari reaksi fotokimia adalah etana, yang terkumpul di permukaan dan bercampur dengan metana. Danau hidrokarbon yang terbentuk di Titan mencapai diameter ~ 1000 km. Membasahi tanah Titanium dengan metana dan etana dibuktikan oleh probe pendaratan Huygens.

, ? — , , , .

- ( ) . , , :

4. ,

?

. , .



() — , 334 C₂H₂, , (40 ), , ~900 /. , — , [kinetically inhibited], . , , O₂ CH₄ , , , .

- (, C₂H₂, 3H₂) , , , . , . “” . - (10 .) , 0.1% . , , 10⁶ . , . , , , , . . CO₂ H₂O, CH₄, H₂.

Zat organik, termasuk yang mengandung nitrogen, cukup sering ditemukan pada Titanium. Dengan demikian, karbon, hidrogen, dan nitrogen hadir dalam berbagai senyawa. Ada es air di permukaan Titan, tetapi sejauh ini tidak ada senyawa lain dengan oksigen yang ditemukan. Karena itu, kehidupan di Titan dapat memiliki serangkaian elemen yang sangat terbatas yang digunakan sebagai nutrisi dibandingkan kehidupan di bumi.
Serangkaian nutrisi yang buruk dapat mempengaruhi tingkat perkembangan bentuk kehidupan. Tabel di bawah ini menunjukkan senyawa organik metana dan etana yang mudah larut yang ada pada Titanium.



, , (Fe, Cu, Mn, Zn, Ni, S, Ca, Na, K ..), . . :

1. ( ) [conservative use]
2. H₂O

— , . - . . , CO, CO₂ H₂O . , , , .

Alternatif untuk di atas dapat menjadi penolakan lengkap terhadap bentuk kehidupan dari penggunaan elemen anorganik pada prinsipnya. Jika kehidupan di Titan tidak memerlukan fotosintesis dan tidak memerlukan fiksasi nitrogen dari N ₂ ( , ), , - , . , , , . , , . (5-30 /) , --, (~300 /) (20-30 /). (RT) 95 ~1 /. , , . H2O , “”, .

, . . , , : . “” , . , . , . , . , , , 97% 9001800 ( 2% ).

Semua reservoir di Titan dapat dibagi menjadi dua kelompok besar. Danau besar (lebar beberapa ratus kilometer) mencapai kedalaman beberapa ratus meter. Garis pantai mereka tidak rata, mereka terhubung ke saluran sungai (misalnya, Laut Ligeya). Danau kecil, sebaliknya, lebih kecil, dan garis pantainya lebih rata. Lubang kosong, sangat mirip dengan danau kecil, terletak 250 meter di atas danau itu sendiri. Ini dapat menunjukkan adanya akuifer dan jaringan saluran bawah permukaan yang membentuk tingkat cairan tertentu.


Danau di Titan. Peta Belahan Bumi Utara Titan dalam warna buatan. danau berwarna biru, tanah berwarna coklat. Peta ini didasarkan pada data radar Cassini. Laut Kraken, danau terbesar di Titan, terletak tepat di bawah kutub. Kanan atas adalah Laut Ligey terbesar kedua.


, . — 400

, . :

4. , 5 μm

, , . “” , . “” , , . , , . , 5 50 . , CH₄ C₂H₆maka itu harus didistribusikan di Titan.


Permukaan titanium di lokasi pendaratan Huygens, 10,2 ° S, 192,4 ° W. 8 batu terlihat diberi nomor dalam gambar, ukuran dua dari mereka ditunjukkan berdampingan. Jarak dari modul pendaratan ditunjukkan dengan warna biru. Batu-batu tersebut diyakini terdiri dari es air yang dilapisi dengan zat organik padat. Bentuk batu yang bulat menunjukkan efek cairan pada mereka.

Siklus cairan dan transportasi zat

H₂O — . . , : ( ) ( ). , , .

, . , . , >60°, , .

, : , ( N₂dalam metana dan etana mencapai 20%). Etana tidak mudah menguap dibandingkan dengan metana dan nitrogen, karena itu tetap di permukaan ketika cairan menguap. Jadi, nitrogen dan metana (dan, pada tingkat yang jauh lebih rendah, etana), ketika di atmosfer, dapat berinteraksi dengan cairan di permukaan. Hujan di Titan adalah campuran dari gas-gas ini.

, , , - . , . , , . , , . .

: , — . , — . . , , , . — , ( ~20 ) , .

, ( ~100 000 ). , , . , , , , .

, , , , . , .

. . (, ; ; ) . :

• ,

?

Diasumsikan bahwa faktor penting dalam kemunculan kehidupan adalah munculnya cangkang antara bagian dalam sistem kehidupan dan lingkungan. Di Bumi, membran sel didasarkan pada lapisan ganda lipid, dan bertindak karena interaksi lipid bipolar dengan air cair. Sebagai hasil dari penelitian terbaru, model membran yang disebut nitrogenosome telah diusulkan.mampu berfungsi dalam metana cair pada suhu rendah. Membran ini terdiri dari senyawa kecil yang mengandung nitrogen organik, seperti akrilonitril. Integritas struktural membran didasarkan pada tarikan antara "kepala" polar dari molekul kaya nitrogen dan ikatannya dengan atom nitrogen dan hidrogen. Dan meskipun sintesis nitrogenosom dalam kondisi laboratorium sangat sulit, struktur itu sendiri adalah model yang cukup layak di bawah kondisi Titan.

Molekul-pembawa informasi dan metode untuk menggandakannya

Ditemukan bahwa molekul pembawa informasi (seperti DNA) tidak boleh berubah bentuk tergantung pada informasi yang dikodekan di dalamnya. Untuk fitur yang paling penting ini, misalnya, molekul DNA berbeda dari protein. Mengganti bahkan satu asam amino secara berurutan akan menyebabkan perubahan radikal dalam bentuk protein, sementara DNA kebal terhadap perubahan tersebut. Karena itu, DNA adalah molekul yang cocok untuk menyimpan informasi, tetapi protein tidak.

, , - , 170 ( , , ~95 ), — . — , . , , — . .

Jika molekul semacam itu ditemukan, maka hubungan antara bagian-bagiannya kemungkinan adalah hidrogen. Salah satu opsi dapat berupa ikatan hidrogen dengan molekul yang mengandung oksigen polar dan nitrogen. Selain itu, polimer elektrokonduktif seperti polipirol atau polianilin dapat menyimpan informasi. Mereka terdiri dari karbon, nitrogen dan hidrogen dan dapat transisi antara keadaan redoks yang stabil, yang dapat menjadi dasar untuk pengkodean informasi.

Molekul struktural dan metode untuk sintesis mereka

. ~20 , . “” , , , .

, , ( ) . .

Sudah diketahui bahwa sebagian besar bentuk kehidupan di Bumi hidup berkelompok. Dalam kelompok seperti itu, terjadi pertukaran zat dan informasi genetik yang lebih efisien. Menurut data terakhir, komunitas mikroorganisme dapat mentolerir kondisi yang keras jauh lebih baik daripada individu lajang. Air cair bumi memungkinkan organisme melakukan kontak fisik; selain itu, ia melakukan pengangkutan zat yang disekresikan oleh sel.
Jika kehidupan di Titan didasarkan pada biomolekul yang ada dalam metana cair dan etana, maka ada kemungkinan ekosistem seperti bumi juga dapat terbentuk di sana. Molekul pemberi sinyal untuk bentuk kehidupan dapat berupa hidrokarbon berbobot molekul rendah yang mudah bergerak dalam medium cair metana-etana. Jika bahan genetik pada Titanium disimpan dalam polimer yang larut, maka mereka juga dapat bergerak dalam media cair di permukaannya. Bahkan mungkin ada kesamaan virus terestrial dengan cangkang hidrokarbon dan materi genetik di dalamnya.

Pencarian seumur hidup

Mengingat perbedaan besar antara bentuk kehidupan yang diusulkan di Titan dari yang ada di bumi, perlu untuk mengembangkan strategi untuk menemukan kehidupan di satelit Saturnus ini. Namun prinsip-prinsip dasarnya telah dikembangkan.

Salah satu sifat utama kehidupan adalah selektivitasnya sehubungan dengan molekul yang digunakan. Berbagai variasi zat yang mirip secara kimia mungkin ada di Titan, dan makhluk hidup harus membuat pilihan di antara mereka. Dengan demikian, di hadapan kehidupan, perbedaan yang signifikan dalam konsentrasi berbagai molekul harus diamati di Titan, sedangkan di lingkungan abiotik perbedaannya akan kurang tajam.

Contoh paling mencolok dari selektivitas biologis kehidupan adalah kiralitas. Kehidupan di bumi hanya menggunakan asam L-amino, bukan D-analognya. Penemuan homochirality di Titan akan menjadi bukti kehidupan yang serius. Contoh paling sederhana dari chirality adalah sebuah atom dengan empat kelompok yang melekat padanya sedemikian rupa sehingga, ketika ditumpangkan padanya dan pantulan cerminnya, mereka tidak akan bertepatan. Pembentukan pusat kiralitas dimungkinkan dengan penambahan nitrogen ke hidrokarbon.

Keberadaan kehidupan tidak bisa lain mempengaruhi komposisi lingkungan. Jadi, sebagian besar O ₂ , CO ₂ , CH ₄ dan bahkan N ₂ . , , . , H₂. , 10^{9 -2}*s^-1. 0.32 1.2 10^{9 -2}*s^-1 C₂H₂ 1.2 15 10^{9 -2}* s ^-1 C ₂ H ₆ . Jika kita mengasumsikan bahwa methanogen mengkonsumsi ~ 20% dari volume ini, maka kandungan hidrogen pada permukaan Titanium akan menjadi konstan. Kalau tidak, jumlahnya akan meningkat secara bertahap dengan naiknya.

Distribusi skematik hidrogen pada permukaan titanium dengan adanya (garis padat) dan tidak adanya bentuk kehidupan metanogenik

Tanda lain dari keberadaan kehidupan adalah tingkat asetilena dan etana. Telah dikonfirmasi bahwa pada permukaan Titanium beberapa orde besarnya kurang etana daripada yang seharusnya sesuai dengan model. Yang terakhir meramalkan bahwa harus ada etana yang cukup untuk menutupi permukaan Titan dengan lapisan beberapa meter. Probe Cassini tidak menemukan lapisan seperti itu. Selain itu, dibandingkan dengan model, ada kekurangan asetilena pada Titan, meskipun sintesis di atmosfer dan perkiraan cadangan permukaan. Tidak ada jejak asetilena yang ditemukan selama pendaratan probe Huygens. Fakta-fakta ini menunjukkan beberapa reaksi kimia yang terjadi di permukaan dengan partisipasi etana dan asetilena.
Ditemukan bahwa konsentrasi hidrogen di atmosfer Titan heterogen dan secara signifikan melebihi rata-rata di atas paralel 50 ° Lintang Utara. Dapat diasumsikan bahwa belahan bumi selatan yang kaya etana lebih kaya mengkonsumsi lebih banyak hidrogen daripada belahan bumi utara karena sifat pelarutan etana yang lebih baik.

Beberapa model memprediksi aliran hidrogen ke atmosfer Titan. Ada empat penjelasan yang mungkin untuk ini (dalam urutan probabilitas):

1. Model ini dapat mensimulasikan secara keliru atau tidak akurat kondisi iklim dan kimia Titanium dan tidak ada aliran hidrogen yang mungkin ada.
2. Mungkin ada proses fisik transfer hidrogen dari atmosfer atas ke atmosfer bawah. Jadi, hidrogen dapat mencapai permukaan Titanium dengan partikel organik padat yang padat.
3. Jika penurunan tingkat hidrogen benar-benar diamati di permukaan Titan, maka penjelasan abiotik tentang hal ini membutuhkan adanya katalis tertentu di permukaan.
4. Konsumsi hidrogen, asetilena dan etana terjadi dalam bentuk kehidupan yang tidak diketahui yang terbentuk berdasarkan karbon dalam metana cair dan etana.

Dengan demikian, metode terbaik untuk menemukan jejak kehidupan di Titan adalah mengukur kadar hidrogen, asetilena, dan etana secara akurat di atmosfer yang lebih rendah.

Kesimpulan

Artikel tersebut menganggap satelit Saturnus Titan sebagai tempat lahir yang mungkin dari bentuk kehidupan yang sebelumnya tidak diketahui. Keberadaan media cair di permukaannya, jumlah cahaya dan energi yang cukup, masuknya zat-zat organik dari atmosfer nampaknya merupakan kondisi yang sangat menguntungkan untuk pengembangannya. Dalam kondisi ini, membran sel (secara teori) mungkin ada. Namun, studi laboratorium tidak dapat menemukan molekul pembawa informasi yang cocok untuk kondisi di Titan. Dengan demikian, kemungkinan kehidupan di Titan masih menjadi pertanyaan terbuka.

Tantangan utama yang mungkin dihadapi oleh bentuk kehidupan yang diusulkan adalah (dalam urutan kesulitan untuk mengatasinya):

1. Miskin variasi elemen kimia di permukaan
2. , , ,
3. ,

, , , , , . - .

:

3. 95

, . , , , . , , - , [azotomes]. , , . , : , , .