Жизнь на Титане

Титан в мультиспектральном виде

Жизнь на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна, в настоящее время остаётся открытым вопросом и темой для научных дискуссий и исследований.

Титан значительно холоднее, чем Земля, поэтому на его поверхности нет жидкой воды. Однако с другой стороны на Титане имеются озёра жидкого метана и этана, а также реки и целые моря из них, кроме того, они могут выпадать в виде осадков, как дождь из воды на Земле. Некоторые научные модели показывают, что Титан может поддерживать жизнь не на водной основе, хотя не все учёные согласны с этими теориями, так как они всё ещё являются предметом широких дискуссий и дебатов в научном сообществе, в том числе и в NASA^[1][2][3]. Атмосфера Титана плотная, химически активная и богата органическими соединениями; эти факты подтолкнули учёных на дополнительные предположения о наличии жизни или предпосылок к жизни, особенно в верхних слоях атмосферы^[4]. Его атмосфера также содержит водород, а метан может сочетаться с некоторыми из органических соединений (например, с ацетиленом) для получения энергии и развития жизни.

Кроме того, было предложено, что жизнь может существовать в подповерхностном океане, состоящем из воды и аммиака.

В июне 2010 года, учёные из анализа данных миссии Кассини-Гюйгенс сообщили об аномалиях в атмосфере Титана, около его поверхности. На основании этого они выдвинули гипотезу о «дыхании» примитивных биологических организмов. Согласно этой гипотезе, организмы могли бы поглощать газообразный водород и питаться молекулами ацетилена, при этом в процессе их жизнедеятельности образовывался бы метан. В итоге на Титане наблюдалась бы нехватка ацетилена и снижение содержания водорода около поверхности. Однако пока до сих пор нет прямых доказательств существования жизни на Титане.

Температура поверхности

Из-за удалённости Титана от Солнца он намного холоднее, чем Земля. Температура его поверхности составляет около 94 К (-179 ° C). При таких температурах водяной лёд не тает, не испаряется и не сублимируется, а всегда остаётся твёрдым.

Из-за сильного холода, а также из-за нехватки углекислого газа в атмосфере, учёные считают, что условия на Титане хуже для обитания жизни, чем на Земле до возникновения жизни. Однако они не исключают жизнь в среде жидкого метана и этана, и говорят о том, что открытие таких форм жизни (даже если и очень примитивных) говорило бы о распространённости жизни во Вселенной.

Температура в прошлом

В 1970-х годах астрономы обнаружили неожиданно высокие уровни инфракрасных выбросов от Титана. Одним из возможных объяснений этого было то, что поверхность Титана была теплее, чем ожидалось, из-за парникового эффекта. Некоторые оценки температуры поверхности даже приближаются к температуре в прохладных регионах Земли.^{[источник не указан 321 день]} Существовало, однако, ещё одно возможное объяснение для инфракрасного излучения: на поверхности было очень холодно, но верхняя атмосфера нагревалась за счёт поглощения ультрафиолетового света молекулами этана, этилена и ацетилена.

Температура в будущем

Титан может стать значительно теплее в будущем. Через шесть миллиардов лет, когда Солнце станет красным гигантом, температура на поверхности Титана может увеличиться до 200 К (-70° С)^{[источник не указан 321 день]}, что достаточно для существования стабильного океана из водно-аммиачной смеси на его поверхности. Эти условия могут создать приятную среду для экзотических форм жизни и будут сохраняться в течение нескольких сотен миллионов лет. Этого времени достаточно для зарождения относительно простой жизни.

Отсутствие воды в жидком состоянии

Видимое отсутствие жидкой воды на Титане было процитировано NASA как аргумент против жизни на Титане. По словам агентства, вода имеет важное значение не только как «растворитель для жизни, которую мы знаем», но и потому, что это «однозначно подходит для содействия самоорганизации органических веществ»^[5].

Формирование сложных молекул

Хотя Кассини-Гюйгенс и не был оборудован для того, чтобы представлять доказательства существования сложных органических веществ, он показал среду на Титане похожей во многом с той, что была на начальных этапах существования Земли. Учёные полагают, что атмосфера ранней Земли была похожа по составу на нынешнюю атмосферу на Титане, с важным исключением: отсутствием паров воды на Титане.

Были разработаны многие гипотезы, которые пытаются преодолеть переход от химической к биологической эволюции. Эксперимент Миллера-Юри и несколько последующих экспериментов показали, что в верхней части атмосферы Титана под постоянным действием ионизирующего коротковолнового излучения идет непрерывный процесс образования сложных молекул и полимерных веществ. Именно эти вещества, образующие смесь углеводородов с общим названием толины, образуют оранжевый смог, полностью скрывающий поверхность спутника в видимом диапазоне спектра. Реакции начинаются с диссоциации азота, метана и сопровождаются образованием синильной кислоты, ацетилена и более сложных углеводородов. Продукты этих реакций в условиях холодной атмосферы, как правило, имеют твердую фазу агрегатного состояния и в виде пыли оседают на поверхность. Возможность дальнейших реакций — вплоть до образования аминокислот — также была изучена, а так как низкие температуры на поверхности ограничивают скорость химических реакций, также были получены оценки времени, необходимого для получения пребиотических соединений с учетом того, что в местах падений крупных астероидов и в криовулканических районах возможно наличие областей с жидкой водой около поверхности. В октябре 2010 года учёные из университета Аризоны сообщили об обнаружении пяти нуклеотидных оснований — строительных блоков ДНК и РНК (также были найдены аминокислоты) — в данном случае было показано, что нуклеотидные основания и аминокислоты могут образовываться без присутствия жидкой воды в качестве растворителя.

Возможность обитания под поверхностью

Моделирование привело к предположению, что на Титане существует достаточно органических веществ для начала химической эволюции аналогично тому, что, как полагают, началось на Земле. Хотя аналогия предполагает наличие жидкой воды на более длительные сроки, чем наблюдаемые в настоящее время, все же несколько теорий предполагают, что жидкая вода из последствий может быть сохранена в мёрзлом слое изоляции. Кроме того, было отмечено, что жидкие океаны аммиака могут существовать глубоко ниже поверхности; одна модель предполагает, что аммиак и водный раствор находятся глубоко под ледяной корой в 200 км в условиях, возможно, совсем других по сравнению с поверхностными. Теплообмен между внутренними и верхними слоями будет иметь решающее значение для сохранения какой-либо группы жизни. Обнаружение микробной жизни на Титане во многом будет зависеть от этих биогенных факторов.

Обитание в жидких озёрах

Углеводородные озёра на Титане: радиолокационное изображение с Кассини, 2006 год

Кроме того, было высказано предположение, что жизнь может существовать в жидких метане и этане на поверхности Титана, которые имеют форму рек и озёр, так же, как организмы на Земле живут в воде. Такие существа использовали бы H₂ вместо O₂ и реагировали с ацетиленом вместо глюкозы, и производили бы метан, а не углекислый газ.

Растворители

Существует дискуссия об эффективности метана в качестве растворителя для жизни по сравнению с водой: вода является более мощным растворителем, чем метан, что позволяет ей легче переносить вещество в клетку, но меньшая химическая реактивность метана позволяет ему легче образовывать крупные структуры, например белки и им подобные.

Другое предположение состоит в том, что организмы, живущие в среде жидкого метана или этана, могут использовать различные соединения в качестве растворителя. Например, фосфин (PH₃) и простые соединения фосфора и водорода. Как вода и аммиак, фосфин имеет полярность, но он существует в виде жидкости при более низких температурах, чем аммиак или вода. В жидком этане фосфин имеет форму отдельных капель, а это означает, что ячейкоподобные структуры могли бы существовать без клеточных мембран.

Результаты исследований

Ещё в 2005 году астробиолог Крис Маккей предсказал, что если метаногенная жизнь потребляет атмосферный водород в достаточном объёме, то она будет иметь заметное влияние на отношение смеси в тропосфере Титана. Позже об этом в июне 2010 года сообщил Даррелл Штробель из Университета Джона Хопкинса, который отметил переизбыток молекулярного водорода в верхних слоях атмосферы, что приводит к нисходящим потокам на скорости примерно 10²⁵ молекул в секунду. Рядом с поверхностью водород, по-видимому, исчезает из-за его потребления метаногенными формами жизни. В том же месяце в другой статье было упомянуто, что у поверхности Титана не имеется ацетилена, что согласуется с гипотезой, что ацетилен, как и водород, тоже потребляется метаногенами. Крис Маккей, согласившись с тем, что наличие жизни является возможным объяснением выводов об отсутствии водорода и ацетилена у поверхности, предупредил, что, возможно, есть и другие объяснения этому феномену, а именно: например, возможность того, что результаты были неверны из-за человеческой ошибки или наличия некоторых минеральных катализаторов.

Панспермия

Были предложены и альтернативные объяснения для гипотетического существования жизни на Титане: если жизнь и существует на Титане, то было бы статистически вероятно, что произошла она от Земли или от другой планеты и появилась независимо в ходе процесса, известного как панспермия. Было предположено, что астероиды и кометы могли занести туда жизнь. Но с другой стороны, любому живому существу, попавшему в криогенные углеводородные озёра Титана, необходимо было бы приспособиться к столь сложным условиям жизни, что является весьма маловероятным.

См. также

• Жизнь на основе мышьяка
• Альтернативная биохимия
• Титан (спутник)

Примечания

1. ↑ Что потребляет водород и ацетилен на Титане?  (англ.)
2. ↑ Учёные подтвердили существование жидких озёр, и «пляжей» на спутнике Сатурна — Титане  (англ.)
3. ↑ Cтранное открытие на Титане ведёт к спекуляции чужой жизни  (англ.)
4. ↑ Что потребляет водород и ацетилен на Титане? (продолжение)  (англ.)
5. ↑ «Первый комментарий по Титану»

Ссылки

• Есть жизнь на Титане, нет жизни на Титане