Исследование, опубликованное в Международном журнале астробиологии, указывает на принципиальную возможность самопроизвольного образования везикул — клеточноподобных структур — в жидких углеводородных озерах и морях Титана, спутника Сатурна. Это открытие кардинально расширяет представления о потенциальной обитаемости этого объекта.
Титан обладает исключительным статусом: это единственное кроме Земли тело в Солнечной системе, на поверхности которого достоверно существуют стабильные водоёмы с жидкостью. Однако, в отличие от земных океанов, наполненных водой, моря Титана состоят из смеси жидких углеводородов, в первую очередь этана и метана. Это фундаментальное различие долгое время ставило под вопрос саму возможность зарождения там жизни в любой форме.
На Земле жидкая вода считается необходимым условием для возникновения жизни. Однако новое исследование NASA показывает, что и в экзотических условиях Титана может протекать ключевой пребиотический процесс — образование стабильных везикул. Эти структуры рассматриваются как важнейший этап в формировании протоцелл — предшественников живых клеток. Ученые смоделировали этот процесс, опираясь на точные данные о химическом составе и атмосфере Титана, полученные за долгие годы исследований.
Механизм предполагает участие особых амфифильных молекул. Эти молекулы обладают двойственной природой: одна их часть полярна и «любит» взаимодействовать с жидкостями (гидрофильная), а другая — неполярна и «отталкивает» их (гидрофобная). В водной среде, например, амфифилы самоорганизуются в шарообразные везикулы: гидрофильные «головы» обращены наружу к воде, а гидрофобные «хвосты» спрятаны внутрь. При благоприятных условиях формируется двухслойная мембрана, создавая пузырёк, внутри которого может быть заключена капля воды или другой среды.
Условия Титана радикально отличаются от земных: экстремальный холод (около -180°C), отсутствие жидкой воды на поверхности и уникальный химический состав. Ключевое понимание этой среды принесла миссия Cassini, достигшая Сатурна в 2004 году. Зонд выявил сложную метеорологическую систему Титана: его плотная атмосфера (преимущественно азотная) содержит значительное количество метана (CH4). Этот метан образует облака, выпадает дождями, формируя реки, которые наполняют озёра и моря. Жидкость затем испаряется, цикл замыкается. Солнечный свет расщепляет молекулы метана в атмосфере, а образовавшиеся активные фрагменты соединяются в сложные органические молекулы. Изучение этой химии считается многими астробиологами ключом к пониманию пребиотической химии ранней Земли.
Новое исследование фокусируется на том, как везикулы могут формироваться именно в холодных углеводородных морях Титана. Учёные смоделировали конкретный сценарий. Когда капли метанового дождя падают на поверхность углеводородного озера, они поднимают вверх брызги. Поверхность озера и сами капли брызг могут быть покрыты слоями амфифильных молекул. Если капля падает обратно на поверхность водоема, то два слоя амфифилов (с капли и с поверхности) соединяются. При этом они формируют двухслойную везикулу, внутри которой оказывается заключена исходная капля углеводородной жидкости. Со временем таких везикул может становиться много. Они рассеиваются по водоёму, потенциально вступая во взаимодействие и конкуренцию – запуская эволюционный процесс, который в теории способен привести к образованию примитивных предшественников сложных клеток.
Подтверждение существования таких везикул на Титане стало бы революционным открытием. «Их наличие свидетельствовало бы о возрастании упорядоченности и сложности в системе – условиях, критически важных для начала жизни», — поясняет Конор Никс из Центра космических полетов имени Годдарда NASA. «Мы воодушевлены этими идеями. Они могут открыть совершенно новые направления для исследований Титана и кардинально изменить подход к будущим поискам жизни там».
Непосредственно проверить эту гипотезу предстоит будущим миссиям. Следующая крупная миссия NASA к Титану — беспилотный летательный аппарат Dragonfly. Хотя он не предназначен для посадки в углеводородные озёра и не будет оснащён специфическим прибором для прямого обнаружения везикул, его задача гораздо шире: перемещаться между различными точками на поверхности Титана, исследуя её состав, проводя атмосферные и геофизические измерения и всесторонне оценивая обитаемость среды спутника в целом. Открытие возможности образования везикул несомненно повлияет на планирование как текущих, так и будущих исследований Титана и поиска внеземной жизни в принципе.