«Незабываемый зимний отдых! Неповторимые пейзажи, прозрачные скалы, углеводородные реки, ароматные облака... Окунитесь в волшебную метановую атмосферу!»

Титан во многом похож на Землю. У него есть атмосфера, состоящая из азота и углеводородов, в основном метана и этана. Там есть вода, но при температуре минус 180 градусов она напоминает крепкую скальную породу. Подобно круговороту воды на нашей планете, там происходит круговорот метана: при повышении температуры он испаряется, конденсируется в облака, а потом дождем проливается на поверхность. На Титане текут метановые реки, впадая в метановые озера и моря.

Сейчас на Титане зима — первая за весь период наблюдений, ведь каждое из времен года там длится около девяти лет. Начало сезона обескуражило исследователей: все оказалось совсем не так, как они предполагали.

Одним из сюрпризов стало облако в верхних слоях атмосферы Титана, образовавшееся в 2012 году над его южным полюсом. Изначально маленькое, оно неожиданно для ученых стало резко расти. И сегодня покрывает всю полярную область Титана, занимая площадь в миллион квадратных километров.

Группа исследователей из Бристольского университета установила состав мегаоблака — в значительной степени оно состоит из замороженных кристалликов синильной кислоты. Поэтому с приходом на Титан зимы температура в верхних слоях его атмосферы стала резко падать — на 50 градусов в год. Ученые недоумевают, откуда такой мороз, каким образом титанианская (или правильно — титаническая, титанская?) зима забрасывает на космические высоты столько яда?

«Настоящее черное море! Все условия для безопасного отдыха с детьми».

Что касается другой загадки, тут у титанологов серьезных версий вообще нет. Речь о том, что происходит сейчас в одном из крупнейших метановых морей Титана (100 000 кв. км) — море Лигеи. Названное в честь леди Лигеи, героини мрачного, но прекрасного рассказа Эдгара По.

По предположениям ученых, оно совсем мелкое, хуже Азовского, буквально по колено. Но мрачное — таким море Лигеи делает поверхность цвета гудрона. Зима, однако, прибавляет ему красок.

Как сообщают представители НАСА, инфракрасный спектрометр обнаружил в море некое яркое образование площадью около 250 кв. км, которого раньше не было. Через несколько месяцев, во время следующего пролета «Кассини», инфракрасное пятно исчезло, а затем, в августе этого года, появилось вновь, серьезно изменив форму.

Что это такое, никто не знает. Самое простое — заподозрить инопланетян. Но доказательств нет. Впрочем, нет оснований и связывать появление и исчезновение пятна с испарением метана или других соединений: форма береговой линии за это время не изменилась. Есть гипотеза, что пятно связано с каким-то огромным твердым объектом, который то всплывет, то тонет. Еще одна версия — сезонные климатические изменения. Но внятных аргументов нет.

«Гостеприимные местные жители покажут вам все достопримечательности, познакомят со своей культурой и традициями…»

Теперь, как положено, про инопланетян. Из-за наличия метанового цикла Титан входит в число небесных тел Солнечной системы, на которых в первую очередь следует искать следы жизни. Впрочем, если она там и есть, то совершенно иная, на земную ничуть не похожая.

Не стоит думать, что на Титане обитают разумные медлительные чудовища, вдыхающие метан, выдыхающие иприт и на вечеринках смакующие коктейли с синильной кислотой. До этого тамошняя жизнь дорасти не способна. По словам профессора Корнельского университета Джонатана Лунайна, на Титане, получающем в сто раз меньше солнечного тепла, чем Земля, сейчас происходит то же, что на нашей планете происходило три с половиной миллиарда лет назад. Так что в лучшем случае там удастся обнаружить микробов.

В 2005 году астробиолог Крис Маккей из Исследовательского центра Эймса (NASА), рассматривая возможность жизни на Титане, выдвинул предположение, что в его холодных метановых озерах могут жить микроорганизмы, которые дышат водородом, в качестве основного энергетического источника потребляют ацетилен и интенсивно производят метан.

Подчеркнем: микробы на Титане — всего лишь гипотеза, причем экзотическая. Бритва Оккама требует искать объяснения попроще, вот только количество титанианских загадок, не поддающихся простым объяснениям, все время растет.

Альтернативная биохимия: какой может быть жизнь на Титане и в других местах Вселенной

Метан вместо воды

Вода является хорошим растворителем для многих органических и неорганических веществ, она остается жидкой в широком диапазоне температур, обладает большой теплоемкостью, что позволяет стабилизировать многие процессы. Неудивительно, что многие ученые ищут внеземную жизнь, основанную на воде. Но есть и другие кандидаты на роль главного растворителя: жидкий аммиак, жидкий метан, фтороводород или даже серная кислота. Последняя, например, остается жидкой даже при 200 °C.

Средняя температура поверхности Титана составляет минус 180 °C. Жидкой воды там быть не может, а озера и реки есть — из жидкого метана. Более того, в составе атмосферы Титана наблюдаются некоторые аномалии, поддающиеся объяснению на основании одной гипотезы: в метановых водоемах обитают неизвестные нам микроорганизмы, которые потребляют для питания водород и ацетилен, а выделяют как раз метан.

Кремний вместо углерода

Земная жизнь основана на углероде. ДНК, белки — все эти биомолекулы представляют собой протяженные углеродные скелеты, к которым другие элементы (водород, кислород, азот, сера и т. д.) присоединяются только как «довески». Дело в том, что атомы углерода могут формировать сразу четыре химические связи, а также образовывать цепочки и кольца, что порождает гигантское разнообразие органических молекул. Поэтому, когда ученые ищут внеземную жизнь, они волей-неволей делают ставку на привычный нам углерод. Астрофизик Карл Саган даже называет такую позицию «углеродным шовинизмом». Но может ли быть иначе?

Главным кандидатом на роль заменителя углерода считается кремний. В таблице Менделеева он располагается в той же группе, формирует те же четыре химические связи и даже способен образовывать протяженные полимерные молекулы — силиконы. Из минусов: у кремния плохо с циклами, не бывает двойных связей (а значит, невозможен фотосинтез), и даже те же самые силиконы имеют в своем составе углерод.

Список самых распространенных в межзвездной среде молекул содержит 84 соединения, основанных на углероде, и только восемь — на кремнии (четыре из них также имеют в составе углерод). Так что если кремниевая жизнь и существует, то только в самых экзотических и неудобных для углерода условиях. Например, ее можно искать на планетах с температурой, заметно превышающей земную, ведь молекулы на основе кремния более жаропрочны, чем углеродные.

Кремниевая жизнь наверняка организована по совершенно иным законам. Например, наследственная информация может храниться не в последовательности связей протяженных молекул, подобных ДНК, а в особенностях строения кристаллической решетки какого-нибудь минерала. 

Мышьяк вместо фосфора

Для нас мышьяк — это яд. Но команда ученых во главе с астробиологом NASA Фелисой Вольф-Саймон объявила, что обнаружила в водах озера Моно (штат Калифорния, США) бактерии, способные не просто переносить присутствие мышьяка во внешней среде, но даже усваивать его и использовать в биохимических процессах. Потом результаты этого исследования были поставлены под сомнение, но теоретически допустить замену фосфора мышьяком можно.

Фосфор входит в состав многих биомолекул: ДНК, белков, фосфолипидов, формирующих клеточные мембраны, а главное — аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ — это главная энергетическая валюта клетки, соединение, в связях которого запасается до нужного времени полученная энергия. Мышьяк же по своим химическим свойствам похож на фосфор, но замена атомов фосфора атомами мышьяка дестабилизирует структуру ДНК. В земных условиях, конечно, это минус, однако в условиях низких температур того же Титана плюс: иначе молекула ДНК, вероятно, просто не сможет выполнять свои биохимические функции.

Одни аминокислоты вместо других

Практически все известные нам организмы составляют свои протяженные молекулы белков из «кирпичиков» всего 20 видов — из 20 аминокислот. При этом в лабораторных условиях можно синтезировать много других аминокислот, да и генетический код в теории позволяет природе быть поразнообразнее.

Некоторые нестандартные для земной жизни аминокислоты (изовалин и псевдолейцин) были обнаружены в упавших на Землю метеоритах, отсюда пошли догадки, что биохимия на далеких планетах отличается от земной. Впрочем, в поисках экзотики совсем не обязательно лететь в космос: 21-я генетически кодируемая аминокислота (селеноцистеин) вполне распространена и в белках человеческого организма, а 22-я (пирролизин) — у архебактерий.

Правое вместо левого

Попробуйте надеть левую перчатку на правую руку — у вас вряд ли получится. Большинство биомолекул тоже существует в двух конфигурациях, представляющих собой зеркальные отражения друг друга. Они не различаются по физико-химическим свойствам, но сильно разнятся по биологическим.

Почти все аминокислоты имеют левую конфигурацию, а углеводы, напротив, правую. Поэтому, к примеру, зеркальную версию молочной кислоты очень легко отличить по запаху: она просто по-другому взаимодействует в пространстве с нашими обонятельными рецепторами — белками, полностью составленными из левых аминокислот.

Впрочем, в живой природе все-таки можно найти зеркальные биомолекулы. Так, в 2002 году австралийский химик Филип Кучел обнаружил правые аминокислоты в яде самца утконоса. Кроме ядов, щелочных озер и прочей экзотики зеркальные вещества есть, наверное, и в самом неожиданном месте — в человеческом мозге. Так, правая аминокислота D-аспартат — это один из нейромедиаторов, необходимых для нормального развития мозга, а D-серин требуется для работы памяти.

Опубликовано в журнале "Кот Шрёдингера" №2 (02) декабрь 2014 г.

_{Подписаться на «Кота Шрёдингера»}