Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã đóng góp mới cho cuộc tìm kiếm đang diễn ra về khả năng sự sống trên Titan, mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ. Sử dụng các tính toán cơ học lượng tử, họ đã chỉ ra rằng azotosomes, một giải pháp thay thế được đề xuất cho màng tế bào, không thể hình thành trong các điều kiện ở đó.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển, đã đóng góp mới cho cuộc tìm kiếm đang diễn ra về khả năng sự sống trên Titan, mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ. Sử dụng các tính toán cơ học lượng tử, họ đã chỉ ra rằng azotosomes, một giải pháp thay thế được đề xuất cho màng tế bào, không thể hình thành trong các điều kiện ở đó. Nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Science Advances .
Titan, mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ có bề mặt năng động với lượng mưa theo mùa, hồ và biển ở các vùng cực của nó cũng như bầu không khí dày đặc, giàu nitơ. Những điểm tương đồng với Trái đất đã khiến nhiều người cân nhắc khả năng sống ở đó. Tuy nhiên, chất lỏng trên Titan không phải là nước, mà là biển metan và etan và nhiệt độ bề mặt khoảng -180C. Màng lipid, loại phổ biến cho sự sống trên Trái đất không thể hoạt động trong các điều kiện như vậy. Điều này đã khiến các nhà nghiên cứu tìm kiếm dấu hiệu sự sống trên Titan để suy ngẫm về các dạng màng tế bào thay thế có thể chịu đựng được các thái cực này. Một hình thức thay thế như vậy được đề xuất bởi một nhóm từ Đại học Cornell, được gọi là “azotosome”.
Ý tưởng về azotosomes đã đạt được lực kéo trong lĩnh vực sinh vật học và nó đã được chứng minh một cách tính toán rằng các cấu trúc như vậy sẽ tồn tại trong các điều kiện trên Titan. Các azotosome đã được đề xuất để được hình thành từ hợp chất hữu cơ acrylonitrile – mà sau đó được xác nhận là tồn tại trên Titan.
“Titan là một nơi hấp dẫn để kiểm tra sự hiểu biết của chúng ta về các giới hạn của hóa học tiền sinh học – hóa học có trước sự sống. Các cấu trúc hóa học hoặc có thể sinh học có thể hình thành, có đủ thời gian trong những điều kiện khác nhau như vậy? Đề xuất thú vị cho một sự thay thế cho màng tế bào khi chúng ta hiểu chúng, “Martin Rahm, Trợ lý Giáo sư tại Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Công nghệ Chalmers nói.
“Nhưng tài liệu nghiên cứu mới của chúng tôi cho thấy thật không may mặc dù cấu trúc thực sự có thể chịu đựng được sự cực đoan của Titan nhưng nó sẽ không hình thành ngay từ đầu”, ông giải thích.
Sử dụng các tính toán cơ học lượng tử tiên tiến, các nhà nghiên cứu đã so sánh năng lượng của màng azotosome được đề xuất nhúng trong metan với năng lượng của dạng tinh thể phân tử của acrylonitril – băng phân tử của nó. Họ phát hiện ra rằng mỗi khối xây dựng được thêm vào azotosome làm tăng đáng kể năng lượng của nó, làm cho sự hình thành của nó dần dần ít có khả năng nhiệt động. Do đó, họ kết luận rằng trong khi các azotosome có thể tồn tại trên Titan, chúng sẽ không tự lắp ráp trong các điều kiện như vậy. Thay vào đó, acrylonitril sẽ kết tinh thành băng phân tử của nó.
Bất chấp kết quả ‘tiêu cực’ trong công việc của họ, Martin Rahm thấy nghiên cứu này được thực hiện cùng với nghiên cứu sinh Hilda Sandström khi cung cấp thông tin có giá trị cao cho nghiên cứu liên tục trong ngành sinh vật học.
“Với công việc này, chúng tôi hy vọng sẽ đóng góp cho cuộc thảo luận liên tục về các giới hạn của hóa học và sinh học ở các thái cực môi trường. Mặc dù chúng tôi đã chứng minh rằng acrylonitrile không phải là một khối xây dựng khả thi cho màng tế bào khả thi trên Titan, giờ chúng tôi đã hiểu rõ hơn về giới hạn môi trường cho màng tế bào. Titan là một môi trường rất thú vị và độc đáo với nhiều câu hỏi và khả năng chưa được trả lời để khám phá “, ông giải thích.
Công việc của họ cũng là một bước tiến quan trọng trong việc chứng minh tiềm năng của sinh vật học tính toán, mang lại cơ hội đánh giá trước khi thử nghiệm hoặc lấy mẫu cho dù một cấu trúc hoặc quá trình cụ thể có thể là một sinh học, một dấu ấn cho sinh học tiềm năng.
Sự quan tâm đến sinh vật học trên Titan rất cao trong cộng đồng khoa học – đến mức vào năm 2026, NASA sẽ phóng tàu vũ trụ Dragonfly trị giá hàng tỷ đô la, sẽ thực hiện hành trình 8 năm tới Titan để điều tra bề mặt của nó. Nó sẽ mất khoảng 3 năm để bay đến các địa điểm khác nhau quanh mặt trăng, đánh giá các điều kiện về khả năng cư trú, hóa học tiền sinh học và tìm kiếm các dấu hiệu của cuộc sống trong quá khứ và hiện tại.
Khả năng sống trên Titan và các thế giới tương tự khác
Mặc dù nhấn mạnh rằng cuộc sống dưới những điều kiện khắc nghiệt được tìm thấy trên Titan và các thế giới khác như vậy rất khó xảy ra, tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn xem xét một khả năng khác. Họ đưa ra giả thuyết rằng có lẽ màng tế bào không cần thiết cho sự sống ở mọi nơi, như chúng ta thấy chúng ở trên Trái đất của chúng ta.
Một chức năng quan trọng của màng tế bào trên Trái đất là bảo vệ nội dung của tế bào khỏi bị pha loãng và phá hủy trong các khối nước lớn hơn. Tuy nhiên trên bề mặt Titan, bất kỳ phân tử sinh học mang giả thuyết nào sẽ tồn tại ở trạng thái rắn, do nhiệt độ thấp và không bao giờ có nguy cơ phá hủy như vậy khi hòa tan.
Vì các phân tử sinh học giả thuyết trên Titan sẽ bất động nên chúng cần dựa vào sự khuếch tán của các phân tử năng lượng nhỏ như khí hydro hoặc axetylen để tiếp cận chúng trước khi chúng có thể phát triển hoặc tái tạo. Các phân tử như vậy sẽ cần phải được vận chuyển qua bầu khí quyển xung quanh hoặc qua các hydrocacbon lỏng và trong trường hợp này, một màng sẽ cản trở sự khuếch tán mong muốn. Một màng có thể sẽ là một trở ngại tương tự theo hướng ngược lại, để loại bỏ các chất thải cần thiết khỏi quá trình trao đổi chất của phân tử sinh học.
Do đó, người ta có thể hỏi lợi ích sẽ là gì khi có màng tế bào trong các điều kiện khác nhau như vậy?.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Công nghệ Chalmers . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :