Луна Сатурна Титан не является комфортным местом для земноподобных микробов, даже с точки зрения инопланетных миров. На нем нет глобального океана, как на Европе и Энцеладе, и на нем не такой (относительно) приятный климат, как на Марсе. Но в одном отношении она поразительно похожа на Землю - на ее поверхности встречаются озера с изрезанными береговыми линиями.
Эти озера заполнены метаном и этаном, а не водой, и любым обитателям придется иметь дело с температурами, достигающими 300 градусов ниже нуля по Фаренгейту, но там, где есть жидкость, жизнь может найти выход. В частности, жизнь может возникнуть из особого химического строительного блока, уникально подходящего для суровой среды Титана, предполагают некоторые исследователи.
"Люди восприняли это предложение очень серьезно. В астробиологии не так много конкретных предложений", - говорит Мартин Рам, химик из Технологического университета Чалмерса в Швеции.
Однако недавнее моделирование, проведенное Рамом и его коллегой и описанное в журнале Science Advances, разрушает надежды на то, что по такому рецепту можно приготовить жизнь, или хотя бы что-то похожее на микробы, которые мы знаем и любим. Оказывается, жизнь на Титане - в том маловероятном случае, если она существует - должна быть довольно странной.
Бросьте любой земной организм в одно из озер Титана, и он не будет счастлив. Даже самые выносливые одноклеточные существа удерживаются вместе мембранами, сделанными из жирных молекул, называемых липидами. Липиды держатся вместе и образуют барьер, потому что одни их части притягивают молекулы воды, а другие отталкивают их. Эти взаимодействия с водой превращают молекулы в плоские листы, которые могут сворачиваться в контейнеры, не давая внутренним частям клетки уплыть. Но в озерах Титана нет воды, с которой можно было бы взаимодействовать, а прохладные температуры заморозили бы любую земную жизнь.
Что делать начинающим протоклеткам? Пропустить липиды и попробовать другую молекулу, известную как акрилонитрил. В 2015 году группа исследователей из Корнелла под руководством Полетт Клэнси, физического химика, работающей сейчас в Университете Джона Хопкинса, рассчитала, что уникальные химические свойства этой молекулы позволяют одной молекуле притягиваться к другой (в отличие от сильного взаимодействия с окружающей жидкостью), образуя мембрану, которая в условиях, подобных титаническим, остается единой и достаточно упругой, чтобы обеспечить движение. Два года спустя обсерватория ALMA обнаружила прямые доказательства существования на Титане молекул акрилонитрила, причем в количествах, достаточных для теоретической поддержки миллионов одноклеточных форм жизни.
Рам нашел предложение корнельской команды вдохновляющим, особенно его острое, как бритва, предсказание: Клетки жизни на Титане будут основаны на этой одной молекуле, образующей определенную форму при определенных условиях. Астробиология (изучение теоретической инопланетной жизни) редко приходит к достаточно конкретным выводам, чтобы проверить их с помощью компьютерного моделирования. "Это не то, что вы можете просто вычислить инопланетянина", - говорит он. Но в этот раз все было по-другому.
Группа из Корнелла доказала, что клетки на основе акрилонитрила могут выжить на Титане, не разрушаясь, но смогут ли мембраны вообще собраться вместе? Липидные мембраны спонтанно образуются в воде, и их аналогам на Титане пришлось бы делать то же самое в замерзающем метане. "Это далеко не очевидно", - говорит Рам. Это требует "квантово-механических расчетов, и это не то, где можно просто посмотреть на молекулы".
Рам и его коллега Хильда Сандстрем создали компьютерную программу, чтобы смоделировать, как будут вести себя плавающие молекулы акрилонитрила при столкновении с молекулами метана при температуре 298 градусов ниже нуля по Фаренгейту. Когда они запустили программу, то обнаружили, что молекулы организовались в жесткий кристалл, похожий на лед или поваренную соль, а не в плоский и гибкий лист, необходимый для обертывания клетки. Любая жизнь на Титане, заключили они, не могла иметь мягкую оболочку, которая есть у всех земных клеток.
Джонатан Лунин, член команды из Корнелла, впервые предложившей экзотические мембраны, оценил работу как "превосходную", но сказал, что у первоначальной идеи еще есть место для колебаний. Например, расчеты Рама и Сандстрема предполагали чисто метановую среду, но озера Титана содержат этан и другие вещества, которые могут превратить молекулы в мягкий лист. Лунин также предполагает, что если бы жизнь зародилась другим путем, она могла бы развить инструменты для активного производства мембран, подобно тому, как наши клетки производят белки.
Рам указывает и на другие способы существования жизни, хотя и подчеркивает, что эти идеи крайне спекулятивны и маловероятны. Во-первых, на Титане, скорее всего, есть подповерхностный океан жидкой воды, где клетки на основе липидов земного типа могли бы прекрасно себя чувствовать.
Что касается поверхности, он предполагает, что живые молекулы могут вообще отказаться от мембран, полагаясь на то, что их удерживает вместе в основном замороженная среда Титана. Такие молекулы могли бы прожить свою жизнь, прилипнув к скале, ожидая, пока питательные вещества приплывут к ним естественным путем. Существуют "сезонные изменения, ветер, отступающие береговые линии", - говорит Рам. "На поверхности происходит движение".
Пока эта дискуссия остается чисто теоретической. Но когда НАСА отправит беспилотник Dragonfly исследовать Титан в 2030-х годах, возможно, химики и земляне подготовят список пожеланий о том, какие именно молекулы следует искать.