הרכבה עצמית של ממברנות פרוטוקול על טיטאן התבררה כבלתי אפשרית

הרכבה עצמית של ממברנות פרוטוקול על טיטאן התבררה כבלתי אפשרית
הרכבה עצמית של ממברנות פרוטוקול על טיטאן התבררה כבלתי אפשרית
Anonim

הדמיות מחשב של ממברנות הקיימות באופן היפותטי על טיטאן הראו את חוסר היציבות התרמודינמית שלהן. המשמעות היא שאפילו בהתחשב ביציבות הקינטית והדינאמית של מבנים כאלה, המראה הספונטני שלהם הוא בלתי סביר. עם זאת, ייתכן שחיים היפותטיים על טיטאן אינם דורשים ממברנות, כותבים המחברים ב- Science Advances.

חיים המוכרים על כדור הארץ יכולים להתקיים רק הודות לממברנות. ככלל, אורגניזמים חיים מורכבים משתמשים בממברנות דו -שומניות, כלומר משטחים סגורים המורכבים משתי שכבות של חלבונים ושומנים, הממוקמים עם קצוות הידרופוביים פנימה, וקצוות הידרופילים כלפי חוץ. לממברנות ביולוגיות פונקציות רבות, כולל חדירה סלקטיבית של חומרים, הבטחת אינטראקציה בין תאית, שמירה על ריכוז גבוה של המטבוליטים הרצויים בתוך נפח מוגבל, ואחרים.

טיטניום הוא אחד הגופים המבטיחים ביותר מבחינת האסטרוביולוגיה. למרות טמפרטורות השטח הנמוכות של כ -90 קלווין, ללוויין זה יש מעטפת גז, יש כוח משיכה משמעותי, ישנם כמויות עצומות של חומרים בצורת נוזלים, ויש גם שינויים עונתיים ניכרים במשטח הקשורים למשקעים ולמחזור הדם המתמשך של פחמימנים. כמו כן, בהשפעת אור השמש באטמוספירה של טיטאן, יכולות להתרחש תגובות רבות, וכתוצאה מכך נוצרים חומרים (למשל מימן מולקולרי, אצטילן ומימן ציאניד) בעלי אנרגיה כימית משמעותית.

על פי ההשערה של אופרין, ממברנות פרימיטיביות קמו לפני הופעתם של חיים מן המניין והבטיחו את הופעתן והתפתחותן. בעקבות היגיון דומה, מדענים הציעו את האפשרות להופעתם העצמאית של מבנים דומים על טיטאן. גיבוש מתאים נמצא תיאורטית - הוא נקרא האזוטוזום (באנלוגיה לליפוזום, אך עם תכולת חנקן גבוהה), ואקרילוניטריל התברר כאופציה מתאימה לתפקיד החומר העיקרי. לממברנות כאלה צריכה להיות קוטביות הפוכה מזו של כדור הארץ (חלק הידרופילי בפנים, חלק הידרופובי בחוץ) ולהיות יציבות קינטית בתנאי טיטאן. יתר על כן, כמויות ניכרות של אקרילוניטריל נמצאו בלוויין זה.

כימאים משוודיה, ובראשם מרטין רהם מאוניברסיטת הטכנולוגיה של צ'למרס, חקרו את מבנה החנקנוזומים מנקודת מבט תרמודינמית. ידוע כי ממברנות ביולוגיות ואביוטיות ומיצלות על פני כדור הארץ יכולות להיווצר באופן עצמאי, מכיוון שהן מתגלות כמדינה עם אנרגיה כוללת נמוכה יותר מתמיסה של מרכיביהן. המחברים הראו שזה לא המקרה של ניטרונוזומים: לקרח מולקולרי מאקרילוניטריל יש אנרגיה נמוכה יותר.

מסתבר כי הקרח המולקולרי הוא המועמד העיקרי לתצורה המועדפת ביותר מבחינה תרמודינמית, שכן מולקולות קוטביות קטנות אינן מסיסות במתאן נוזלי (המרכיב העיקרי של אגמים וים בטיטאן), ומצב הקרקע הצפוי לכל מולקולה מורכב יותר אתאן - הוא בכל מקרה קריסטל מוצק.

בעבודה החדשה, כימאים השתמשו בגישת תיאוריה פונקציונלית של צפיפות כדי לחשב את האנרגיות הספציפיות לארבעה שלבים של קרח אקרילוניטריל שנמצא בניסויים קודמים. המחברים הצליחו לאשר את היציבות הדינאמית של חנקנוזומים ולבסס את יציבותם היחסית - הם תואמים למינימום מקומי של אנרגיה פוטנציאלית.עם זאת, קרח מולקולרי בעל מבנה Pna21 התברר כ 8–11 קילוגרם לשומה נוחים יותר מחנקנוזומים בטמפרטורה של 90 קלווין ובהתחשב בהתמוססות במתאן נוזלי. באופן כללי, החוקרים כינו הרכבה עצמית של ניטרונוזום מאלף מולקולות של אקרילוניטריל בלתי אפשרית מבחינה סטטיסטית בהתבסס על התפלגות גיבס למצבי חומר בטמפרטורות כה נמוכות.

עם זאת, מדענים אינם מאמינים כי עבודתם שמה קץ להשערת היכולת להתגורר בטיטאן. הם מציינים כי אחד מתפקידי המפתח של הממברנות בכדור הארץ - מתן הפחתת אנטרופיה מקומית ושמירה על התערבות של חומרים מסיסים בעלי ערך בכמויות המים הסובבות - אינו רלוונטי בהקשר של טיטאן. כל מקרומולקולות של חיים היפותטיים בתנאים כאלה, ותרכובות כאלה נחשבות חיוניות בהחלט לחיים כיום, יהיו בצורה מוצקה ולא יסתכנו בהתמוססות. כימאים מסבירים גם שחיים היפותטיים על טיטאן חייבים להסתמך על הובלת מולקולות קטנות כמו מימן, אצטילן או מימן ציאניד, והקרום יכול למנוע את התפשטותם. לכן, הם מאמינים (למרות שהם מכנים את כל החלק הזה ביצירה ספקולטיבית לחלוטין) שאין צורך בממברנות כלל על טיטאן.

בעבר, מדענים השיגו אי הקפאת מים ב -263 מעלות צלזיוס באמצעות ממברנות שומנים, נקדחו דרך קרום התא באמצעות מכונות מולקולריות וזיהו שתי תקופות זמן בהיסטוריה של הירח כאשר חיים תיאורטיים יכולים להתקיים על פניו.

מוּמלָץ: