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在泰坦上的生活不能依靠细胞膜

瑞典查尔默斯科技大学的研究人员为不断探索土星最大卫星泰坦上的生命可能性做出了新贡献。他们使用量子力学计算表明,偶氮小体是传统细胞膜的一种替代形式,在这种条件下无法形成。

土星最大的卫星泰坦(Titan)具有活跃的地表,具有季节性降雨,极地地区有湖泊和海洋,以及稠密的富氮大气。这些与地球的相似之处导致许多人考虑在那里生活的可能性。土卫六上的液体不是水,而是甲烷和乙烷的海洋,表面温度约为–180°C。地球上常见的类脂膜在这种条件下不能起作用。这导致研究人员在土卫六上寻找生命迹象,以考虑可以耐受这些极端情况的其他形式的细胞膜。由康奈尔大学的一个团队提出的一种这样的替代形式被称为“偶氮体”。

偶氮小体的概念在天体生物学领域中得到了广泛的关注,并且已经通过计算证明了这种结构可以在泰坦上的条件下生存。拟偶氮体是由有机化合物丙烯腈形成的,后来被证实存在于泰坦上。

“ Titan是检验我们对益生元化学(生命前的化学)局限性的理解的迷人场所。在如此不同的条件下给予足够的时间,会形成什么样的化学或生物结构?众所周知,偶氮小体的建议是一种非常有趣的替代细胞膜的提议。”查尔默斯理工大学化学与化学工程系助理教授马丁·拉姆说。

他解释说:“但是,我们的新研究论文表明,尽管这种结构确实可以忍受Titan的极端作用,但它不会首先形成。”

使用先进的量子力学计算,研究人员将拟议的嵌在甲烷中的偶氮体膜的能量与丙烯腈的分子晶体形式(其分子冰)的能量进行了比较。他们发现,添加到偶氮体中的每个结构单元均会显着增加其能量,从而使其在热力学上的可能性逐渐降低。因此,他们得出结论,尽管偶氮小体可以在Titan上存活,但它们在这种条件下不会自组装。相反,丙烯腈会结晶成分子冰。

尽管他们的工作取得了“负面”结果,但马丁·拉姆(Martin Rahm)认为,这项与博士生希尔达·桑德斯特伦(HildaSandström)一起完成的研究为正在进行的天体生物学研究提供了非常有价值的信息。

“通过这项工作,我们希望为正在进行的有关极端环境中化学和生物学极限的讨论做出贡献。尽管我们已经表明,丙烯腈不是Titan上可行的细胞膜的可行构建基块,但我们现在对细胞膜的环境限制有了更好的了解。泰坦峰是一个非常有趣且独特的环境,有许多悬而未决的问题和探索的可能。”他解释说。

他们的工作也是展示计算天体生物学潜力的重要一步,这为在实验或取样之前评估特定结构或过程是否可能是生物特征(潜在生物学标记)提供了机会。

科学界对泰坦的天文生物学兴趣很高,以至于到2026年,美国宇航局将发射价值数十亿美元的蜻蜓飞船,这将使泰坦进行为期8年的旅程来调查其表面。它将花费大约3年时间飞往月球的不同位置,评估可居住性,益生元化学的条件,并寻找过去和现在的生活迹象。

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