ثبت أن التجميع الذاتي لأغشية الخلايا الأولية على تيتان مستحيل

ثبت أن التجميع الذاتي لأغشية الخلايا الأولية على تيتان مستحيل
ثبت أن التجميع الذاتي لأغشية الخلايا الأولية على تيتان مستحيل
Anonim

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.

موصى به: