Ach ta chemia Tytana…

Zdjęcie Tytana na tle Saturna wykonane przez sondę Cassini w 2012 roku. Źródło: NASA/JPL-Caltech/SSI

Naukowcy wykryli obecność akrylonitrylu w atmosferze Tytana czyli w miejscu, które od dawna intryguje badaczy analizujących chemiczne początki życia.

Na Ziemi akrylonitryl, znany także jako cyjanek winylu wykorzystywany jest w produkcji plastiku. W warunkach panujących w atmosferze największego księżyca Saturna związek ten może tworzyć stabilne, elastyczne struktury podobne do błon komórkowych. Już wcześniej inni naukowcy wskazywali, że akrylonitryl może być obecny w atmosferze Tytana, jednak jak dotąd nikomu nie udawało się bezsprzecznie wykryć obecności tego związku w kotle pełnym organicznych i bogatych w węgiel cząsteczek tam znajdowanych.

Teraz badacze z NASA zidentyfikowali chemiczne ślady akrylonitrylu w danych dotyczących Tytana zebranych za pomocą Atacama Large Milimeter/submilimeter Array (ALMA) w Chile. Badacze odkryli duże ilości tego związku chemicznego na Tytanie, najprawdopodobniej w stratosferze – mglistej części atmosfery, która nadaje jej brązowo-pomarańczową barwę.

„Uzyskaliśmy przekonujące dowody na obecność akrylonitrylu w atmosferze Tytana i uważamy, że znaczna część tego materiału dociera aż do powierzchni księżyca,” mówi Maureen Palmer, badaczka z Goddard Center for Astrobiology w NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt oraz główna autorka artykułu, który ukazał się w dniu wczorajszym (28/07/2017) w periodyku Science Advances.

Komórki ziemskich zwierząt i roślin miałyby problem z przetrwaniem na Tytanie, gdzie temperatury na powierzchni sięgają 179 stopni Celsjusza poniżej zera, a jeziora wypełnione są ciekłym metanem.

W 2015 roku naukowcy zajęli się badaniem czy jakiekolwiek związki organiczne, które mogłyby znajdować się na Tytanie, byłyby w stanie tworzyć struktury podobne do dwuwarstw lipidowych żywych komórek na Ziemi.  Cienka i elastyczna dwuwarstwa lipidowa jest głównym składnikiem błon komórkowych oddzielających wnętrze komórki od świata zewnętrznego. Naukowcy ustalili, że najlepszym kandydatem na taki związek jest akrylonitryl.

Badacze założyli, że cząsteczki akrylonitrylu mogą łączyć się w warstwy materii podobne do błon komórkowych. Takie warstwy mogą tworzyć puste, mikroskopijne sfery nazwane przez naukowców azotosomami. Taka sfera może służyć za pojemnik i nośnik materii podobnie jak dwuwarstwa lipidowa na Ziemi.

„Zdolność formowania stabilnych membran do oddzielania wewnętrznego środowiska od zewnętrznego jest niezwykle istotna ponieważ umożliwia utrzymywanie związków chemicznych wystarczająco długo, aby zaczęły ze sobą reagować,” mówi Michael Mumma, dyrektor Goddard Center for Astrobiology. „Jeżeli akrylonitryl umożliwia tworzenie membran, to jest to dla nas ważny krok na drodze do odkrycia życia na Tytanie.”

Zespół badaczy z Goddard ustalił, że w atmosferze Tytana akrylonitrylu jest mnóstwo, obecnie jego stężenie to 2,8 części na miliard. Związku chemicznego najwięcej znajduje się w stratosferze, na wysokościach co najmniej 200 km. Po jakimś czasie akrylonitryl dociera w niższe warstwy atmosfery, gdzie ulega kondensacji i jako deszcz dociera na powierzchnię.

Archiwalne dane z ALMA potwierdziły obecność cząsteczek akrylonitrylu w atmosferze Tytana.

Badacze obliczyli jak dużo materii mogło odłożyć się w Ligeia Mare, drugim pod względem wielkości jeziorze na Tytanie. Zważając na wiek Tytana badacze oszacowali, że w Ligeia Mare może być wystarczająco dużo akrylonitrylu, aby powstało około 10 milionów azotosomów w każdym milimetrze sześciennym cieczy. Można to porównać do około miliona bakterii na milimetr sześcienny wody oceanicznej na Ziemi.

Kluczem do odkrycia akrylonitrylu na Tytanie było połączenie 11 zestawów danych wysokiej rozdzielczości zebranych za pomocą ALMA. Zespół uzyskał takie dane z archiwum obserwacji, których pierwotnym celem była kalibracja ilości światła zbieranej przez teleskop.

W połączonych zestawach danych, Palmer wraz ze współpracownikami zidentyfikowała trzy linie widmowe pasujące do śladu akrylonitrylu. Odkrycie poprzedziła dekada innych badań, które pośrednio wskazywały na obecność akrylonitrylu w atmosferze Tytana.

„Odkrycie tego unikalnego, astrobiologicznie kluczowego związku chemicznego jest szczególnie ekscytujące dla naukowców, którzy próbują określić, czy życie może powstawać na takich lodowych globach jak Tytan,” mówi Martin Cordiner, jeden z autorów artykułu.  „Odkrycie to stanowi kolejny, istotny punkt na drodze do zrozumienia chemicznej złożoności układu słonecznego.”

Źródło: NASA Goddard Space Flight Center