أظهرت المحاكاة الحاسوبية للأغشية الموجودة افتراضيًا على تيتان عدم استقرار الديناميكا الحرارية. هذا يعني أنه حتى مع الأخذ في الاعتبار الاستقرار الحركي والديناميكي لمثل هذه الهياكل ، فإن مظهرها التلقائي غير محتمل على الإطلاق. ومع ذلك ، من المحتمل أن الحياة الافتراضية على تيتان لا تتطلب أغشية ، كما كتب المؤلفون في Science Advances.
لا يمكن للحياة المعروفة على الأرض أن توجد إلا بفضل الأغشية. كقاعدة عامة ، تستخدم الكائنات الحية المعقدة أغشية ثنائية الشحوم ، أي الأسطح المغلقة التي تتكون من طبقتين من البروتينات والدهون ، والتي توجد بنهايات كارهة للداخل ونهايات محبة للماء إلى الخارج. للأغشية البيولوجية وظائف عديدة ، بما في ذلك النفاذية الانتقائية للمواد ، وضمان التفاعل بين الخلايا ، والحفاظ على تركيز عالٍ من المستقلبات المرغوبة ضمن حجم محدود ، وغيرها.
التيتانيوم هو أحد أكثر الأجسام الواعدة من حيث علم الأحياء الفلكي. على الرغم من انخفاض درجات الحرارة السطحية لحوالي 90 كلفن ، فإن هذا القمر الصناعي يحتوي على غلاف غاز ، وهناك جاذبية كبيرة ، وهناك كميات هائلة من المواد في شكل سائل ، وهناك أيضًا تغيرات موسمية ملحوظة في السطح مرتبطة بهطول الأمطار والدوران المستمر الهيدروكربونات. أيضًا ، تحت تأثير ضوء الشمس في الغلاف الجوي لتيتان ، يمكن أن تحدث العديد من التفاعلات ، ونتيجة لذلك تتشكل المواد (على سبيل المثال ، الهيدروجين الجزيئي والأسيتيلين وسيانيد الهيدروجين) ذات الطاقة الكيميائية الكبيرة.
وفقًا لفرضية أوبارين ، نشأت الأغشية البدائية قبل ظهور الحياة الكاملة وضمنت ظهورها وتطورها. باتباع منطق مماثل ، اقترح العلماء إمكانية الظهور المستقل لهياكل مماثلة على تيتان. تم العثور على تكوين مناسب من الناحية النظرية - كان يسمى azotosome (عن طريق القياس مع الجسيم الشحمي ، ولكن مع نسبة عالية من النيتروجين) ، واتضح أن الأكريلونيتريل هو خيار مناسب لدور المادة الرئيسية. يجب أن يكون لهذه الأغشية قطبية معاكسة لقطبية الأرض (الجزء المحب للماء من الداخل ، والجزء الكارث للماء بالخارج) وأن تكون مستقرة حركيًا في ظل ظروف تيتان. علاوة على ذلك ، تم العثور على كميات ملحوظة من مادة الأكريلونيتريل على هذا القمر الصناعي.
درس الكيميائيون من السويد ، بقيادة مارتن رام من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا ، بنية النيتروجين من وجهة نظر الديناميكا الحرارية. من المعروف أن كلًا من الأغشية البيولوجية واللاأحيائية والمذيلات على الأرض يمكن أن تتشكل بشكل مستقل ، حيث يتضح أنها حالة ذات طاقة إجمالية أقل من محلول مكوناتها. أظهر المؤلفون أن هذا ليس هو الحال بالنسبة للنيتروجين: الجليد الجزيئي من الأكريلونيتريل لديه طاقة أقل.
تبين أن الجليد الجزيئي هو المنافس الرئيسي للتكوين الأكثر تفضيلًا من الناحية الديناميكية الحرارية ، نظرًا لأن الجزيئات القطبية الصغيرة ضعيفة الذوبان في الميثان السائل (المكون الرئيسي للبحيرات والبحار على تيتان) ، والحالة الأرضية المتوقعة لأي جزيئات أكثر تعقيدًا من الإيثان - إنه في أي حال بلورة صلبة.
في العمل الجديد ، استخدم الكيميائيون نهج نظرية الكثافة الوظيفية لحساب الطاقات المحددة لأربع مراحل من جليد الأكريلونيتريل الموجود في التجارب السابقة. كان المؤلفون قادرين على تأكيد الاستقرار الديناميكي للنيتروجين وإثبات استقرارها النسبي - فهي تتوافق مع الحد الأدنى المحلي من الطاقة الكامنة.ومع ذلك ، تبين أن الجليد الجزيئي مع بنية Pna21 كان 8-11 كيلوجول لكل مول أكثر ملاءمة من النيتروجين عند درجة حرارة 90 كلفن مع الأخذ في الاعتبار الانحلال في الميثان السائل. بشكل عام ، وصف الباحثون التجميع الذاتي للنيتروجين من ألف جزيء من الأكريلونيتريل بأنه مستحيل إحصائيًا استنادًا إلى توزيع جيبس لحالات المادة في درجات الحرارة المنخفضة هذه.
ومع ذلك ، لا يعتقد العلماء أن عملهم يضع حداً لفرضية قابلية تيتان للسكن. لقد لاحظوا أن أحد الأدوار الرئيسية للأغشية على الأرض - توفير الحد من الإنتروبيا الموضعية والحفاظ على المواد القابلة للذوبان القيمة من التخفيف في الحجم الهائل من المياه المحيطة - ليست ذات صلة في سياق تيتان. أي جزيئات ضخمة من الحياة الافتراضية في مثل هذه الظروف ، وتعتبر مثل هذه المركبات ضرورية للغاية للحياة اليوم ، ستكون في شكل صلب ولا تخاطر بالتحلل. يشرح الكيميائيون أيضًا أن الحياة الافتراضية على تيتان يجب أن تعتمد على نقل الجزيئات الصغيرة مثل الهيدروجين أو الأسيتيلين أو سيانيد الهيدروجين ، ويمكن للغشاء أن يمنع انتشارها. لذلك ، فإنهم يعتقدون (على الرغم من أنهم يسمون هذا الجزء بأكمله من العمل تخمينيًا بحتًا) أن الأغشية ليست ضرورية على الإطلاق في تيتان.
في السابق ، حقق العلماء عدم تجميد الماء عند -263 درجة مئوية باستخدام أغشية دهنية ، وحُفروا عبر غشاء الخلية باستخدام آلات جزيئية وحددوا فترتين زمنيتين في تاريخ القمر عندما يمكن أن توجد الحياة نظريًا على سطحه.