Życie, jakie wiemy, potrzebuje wody, ale życia tak jak my nie Wiedz, że może działać na skoncentrowanym kwasie siarkowym.
Chemia życia, jaką wiemy Saturn księżyc tytangdzie jest tak zimno, że lód zachowuje się bardziej jak skała lub w kwaśnych chmurach Wenus. Ale inna chemia, która zbudowała wszystkie wymagane elementy z różnych materiałów, może mieć szansę. Wyobraź sobie komórki, które używają metanu, kwasu siarkowego, a nawet stopionego skały w sposób, w jaki komórki używają wody.
Według Badanie 2021 Autor: Massachusetts Institute of Technology (MIT) biolog molekularny William Bains i jego współpracownicy, okazuje się, że jeśli szukamy życia, ponieważ nie wiemy, najlepszym rozpuszczalnikiem może być skoncentrowany kwas siarkowy – rzeczy, które są unosząc się wokół chmury Wenus.
Kwas siarkowy: Hazmat czy rozpuszczalnik na całe życie?
Na najbardziej podstawowym poziomie życie to tylko seria reakcji chemicznych. Reakcje te potrzebują pożywki, w którym chemicy nazywają rozpuszczalnikiem: coś na tyle płynnym, że cząsteczki mogą unosić się i mieszać, a w jednym miejscu musi być dużo. Ale nie tylko jakikolwiek płyn; Rozpuszczalnik musi również pomóc rozbić i przetransportować chemikalia, które komórki muszą żyć – bez rozpuszczania ważnych cząsteczek, takich jak lipidy i aminokwasy.
Powiązany: Alien Life może się rozwijać w kwaśnych chmurach Wenus, nowe wskazówki dotyczące badań
Tutaj Ziemiawoda idealnie pasuje do rachunku, ale może nie być jedynym płynem Wszechświat zdolne do wspierania chemii życia. W Nowe badanieBains i jego koledzy ocenili kilka możliwych rozpuszczalników na podstawie interakcji z chemicznymi elementami budowlanymi życia i tym, jak powszechne powinny być na skalistych planetach.
Kandydaci wahali się od płynnych postaci metanu i etanu, amoniaku i dwutlenku węgla, po jeszcze dziwniejsze możliwości, takie jak ton i stopiony skałę. Zaskakującym mistrzem jest chemikalia, o którym ziemia uważamy za boleśnie wrogie dla życia: skoncentrowany kwas siarkowy.
„Nawet bardzo złożona chemia organiczna jest kompatybilna ze skoncentrowanym kwasem siarkowym”-powiedział Space.com MIT astrobiolog Janusz Petkowski, współautor nowego badania, które zostało opublikowane w grudniu w czasopiśmie Astrobiology.
Ukłon w stronę drugiego miejsca
Frigid Lakes of Metan Titan były gorącym punktem spekulacji na temat życia, ponieważ nie wiemy o tym od czasu NASA Cassini Saturn Orbiter Wysłane do domu pierwsze ich zdjęcia w 2005 r. Metan i etan to gazy w temperaturach, które znajdujemy tutaj na Ziemi; skondensować się w płynie, który wypełnia ciemność Morza Tytanapotrzebują temperatur około 250 stopni Fahrenheita (minus 157 Celsjusza). Ale w tak ekstremalnych zimnych atomach i cząsteczkach poruszają się powolnie, więc reakcje chemiczne odbywają się w zwolnionym tempie – zdecydowanie zbyt wolno, aby miało miejsce życie, według Petkowskiego.
Na drugim końcu spektrum stopioną skałę jest poza tym, ponieważ ogromne ciepło wymagane do utrzymania cieczy skalnej rozkłada się również prawie wszystkie cząsteczki organiczne.
Niektóre chemikalia, takie jak amoniak, mają wszystkie odpowiednie właściwości, aby stworzyć dobre rozpuszczalniki, aby chemia życiowa miała miejsce. Ale to może nie mieć znaczenia, ponieważ te same procesy wyposażone w skalistą planetę z amoniakiem mogą również zaopatrzyć ją w wodę i kiedy i kiedy w przypadku wody i kiedy kiedy są zaopatrzone w wodę, i kiedy kiedy są zaopatrzone w wodę i kiedy Tak się dzieje, dwie substancje prawie nieuchronnie mieszają się. To interesująca perspektywa życia sama w sobie, ponieważ amoniak obniża zamarzający punkt wody, który otwiera szerszy zakres miejsc, w których życie może przetrwać zimno.
„Podczas gdy amoniak może odgrywać większą rolę w egzoplanet Biochemia niż na Ziemi „Bains i jego koledzy napisali w swoim ostatnim artykule:„ Jest mało prawdopodobne, aby był rozpuszczalnikiem ”.
Życie w świecie kwasu
Tak więc, jeśli astrobiolodzy kiedykolwiek znajdą obce życie Z dziwną chemią, która wykorzystuje jakąś płynną inną niż woda, prawdopodobnie nie będzie to metan, amoniak lub stopiona skała – ale gdzieś tam życie obce może po prostu mieć komórki wypełnione czystym kwasem siarkowym.
Oparte na modelach fizyki, jak Układy słoneczne Forma, kwas siarkowy powinien być dość powszechny na skalistych planetach, takich jak Wenus, i zdecydowanie jest dobry w rozpuszczaniu się. Ale zaskakujące, niektóre z najważniejszych Budowanie na całe życie – Rzeczy takie jak aminokwasy i lipidy – mogą unosić się i wykonywać chemię w czystym kwasu siarkowym tak łatwo, jak to możliwe w wodzie.
„Klasycznie, [sulfuric acid] nie jest postrzegany jako wielki rozpuszczalnik [for life]„Dirk Schulze-Makuch, astrobiolog z Technical University of Berlin, który nie był zaangażowany w ostatnie badanie, powiedział Space.com.” Jednak Bains i współautorzy wykazali, że niezwykle duża liczba i różne rodzaje organicznych są stabilne stabilne W skoncentrowanym kwasie siarkowym. To było dość zaskakujące ”.
Petkowski uczestniczył w Niektóre ostatnie eksperymenty Stwierdzono to, że niektóre peptydy (krótkie łańcuchy aminokwasów) były w rzeczywistości stabilne w skoncentrowanym kwasie siarkowym przez wiele miesięcy – tak stabilni, że ostatecznie badacze właśnie znudzili się pomiarami, według Petkowskiego. Znaleziono wcześniejsze eksperymenty że 19 z 20 aminokwasów, które tworzą białka w ludzkim ciele, nie rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym. I a badanie, które wciąż oczekują na recenzję Stwierdzono, że lipidy (cząsteczki tworzące nasze błony komórkowe) wytrzymują stężony kwas siarkowy, faktycznie zaczynają tworzyć małe worki wypełnione płynem, które wyglądają bardzo jak pęcherzyki, prekursory błon.
Jak to się dzieje? O dziwo, kluczem jest woda. Kwas siarkowy na ziemi zwykle występuje zmieszany z wodą, a nie w jej czystej postaci; To naprawdę woda z kwasem. W tej mieszaninie kwas siarkowy katalizuje reakcje chemiczne między wodą a wiązaniami, które łączą peptydy razem. Zabierz wodę lub kwas, a te reakcje nie mogą się zdarzyć – więc peptydy są stabilne w żadnym z rozpuszczalników, ale nie w mieszaninie tych dwóch.
„Stężony kwas siarkowy jest zupełnie inną substancją od rozcieńczonego kwasu” – powiedział Petkowski. „Powszechnym nieporozumieniem jest to, że kwas siarkowy niszczy całą chemię organiczną. Jest to błędne. Jest to bardzo agresywny rozpuszczalnik, ale jest bardzo agresywny dla określonych części w cząsteczkach organicznych, takich jak cukry”. (Mimo całej swojej łagodności do aminokwasów i lipidów kwas siarkowy absolutnie zniszczy cukry, które stanowią dużo rusztowania, na których buduje się życie).
Gdzieś we wszechświecie jeziora kwasu siarkowego mogą być pełne postaci życia, których podstawowa chemia jest tylko nieco inna niż nasza.
Powiązany: Poszukiwanie obcych życia
Z czego wykonane są komórki obce?
Obcego życia, które wykorzystują kwas siarkowy zamiast wody, prawdopodobnie wyglądałyby zaskakująco podobne do życia Ziemi, z pewnymi subtelnymi, ale ważnymi różnicami w ich makijażu chemicznym.
„Powinniśmy zrozumieć kwas siarkowy jako środowisko, które nie jest tak obce, jak nam się wydaje” – powiedział Petkowski. (To nie znaczy, że możesz bezpiecznie pływać w skoncentrowanym kwasie siarkowym; twoje komórki nie ewoluowały dla tego. Proszę tego nie testować.)
Na przykład życie w morzu kwasu siarkowego musiałoby użyć czegoś mocniejszego zamiast cukrów, które bardzo szybko rozpadają się w kwasie siarkowym. Na Ziemi cukry to sposób, w jaki komórki przechowują energię, a także stanowią one części ścian komórkowych. Obcy na Wenus użyliby innego rodzaju cząsteczki do robienia tych samych rzeczy bez rozpadu.
„Musisz dostosować swoją chemię organiczną do rozpuszczalnika” – powiedział Petkowski. „Musisz prawidłowo wybrać chemiczne elementy konstrukcyjne Lego, ale na końcu możesz przybyć z funkcjonalnie tymi samymi strukturami”.
Inne różnice mogą być bardziej subtelne. Skoncentrowany kwas siarkowy nie rozkłada większości aminokwasów, które stosują nasze ciała, ale powoduje niewielkie zmiany w ich „łańcuchach bocznych”, strunom atomów wystających z cząsteczki jak ogon. I tylko pojedyncze wiązanie chemiczne robi różnicę między peptydem, który jest stabilny w kwasie siarkowym a tym, który się rozkłada. Tak więc kosmici w kwaśnym świecie mogą nadal mieć komórki wykonane z aminokwasów i białek, ale mogą wyglądać nieco inaczej niż nasza.
Membrany otaczające komórki – utrzymywanie chemicznych mechanizmów życia w środku i wszystkiego innego na zewnątrz – mogą wyglądać na uderzająco znajomego. Te globule podobne do pęcherzyków, które pojawiły się, gdy Petkowski i jego współpracownicy wkładają lipidy do kwasu siarkowego, faktycznie utworzyły się dokładnie w taki sam sposób, jak pęcherzyki w wodzie: proces zwany perłowami. Najpierw lipidy tworzą rurki, a następnie te rurki rozkładają się na małe pęcherzyki. Życie w kwaśnym świecie może wykorzystywać inny zestaw lipidów niż te w naszych błonach komórkowych, ale fizyka tworzenia błony wyglądałaby tak samo, gdyby Petkowski i jego współpracownicy mają rację.
Astrobiolodzy, tacy jak Petkowski, Schulze-Makuch i inni nadal nie są do końca pewni, jak wszystkie kawałki życia, ponieważ nie wiemy, że mogą się połączyć. Ale, jak zauważył Petkowski, nie są również pewni, jak kilka grup cząsteczek tutaj na Ziemi skok z chemii do życia.
„Jesteśmy tak daleko od wymyślania [the] Pochodzenie życia w wodzie, tak jak jesteśmy w skoncentrowanym kwasie siarkowym – powiedział Petkowski.
