На Титане нашли потенциальный материал для клеточных мембран
Физики из США, Великобритании и Польши доказали существование на Титане акрилонитрила — органического вещества, способного создавать аналоги липидных мембран в жидком метане. По оценкам ученых, количества этого вещества, накопленного в Лигейском море, может быть достаточно для создания десяти миллионов азотосом (аналогов липосом) в миллилитре моря. Для сравнения, концентрация бактерий в земных прибрежных водах — около миллиона частиц на миллилитр. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, кратко о нем сообщает пресс-релиз NASA.
Возникновение клеточных мембран или других барьеров — необходимое условие для существования жизни. Эта часть организма отделяет его внутреннюю среду от внешней, обеспечивает целостность и транспорт питательных веществ внутрь клетки. У земных организмов клеточная мембрана представляет собой липидный бислой, тонкую пленку, состоящую из фосфолипидов. У этих молекул есть гидрофильная («любящая воду») «головка» и гидрофобный (отталкивающий воду) «хвост». За счет такой структуры в воде фосфолипиды образуют двойной слой, в котором «хвосты» ориентированны внутрь пленки, а «головки» — наружу.
Несколько лет назад ученые смоделировали возникновение клеточных мембран в холодных безводных средах — подобных метаново-аммиачным морям Титана (минус 180 градусов Цельсия). Традиционные липиды не подходят для таких условий — отчасти из-за недостаточной гибкости мембран при низких температурах. Альтернативу каплям, окруженным липидными мембранами (липосомам), физики назвали азотосомами.
В них физики предложили заменить фосфолипиды на небольшие молекулы с полярными азот-содержащими фрагментами. Так как жидкий метан — неполярный растворитель (в отличие от воды), молекулы в мембранах азотосом организованы иначе: полярные головки ориентированы внутрь мембраны, а углеводородные фрагменты — наружу. Наилучшим кандидатом на роль аналогов фосфолипидов оказались молекулы акрилонитрила. Они состоят из очень полярной циано-группы и неполярного фрагмента этилена. Благодаря небольшому молекулярному весу акрилонитрильные азотосомы будут обладать в жидком метане такой же гибкостью, как и обычные липосомы в воде при комнатной температуре.
В новой работе физики использовали массив радиотелескопов ALMA (один из крупнейших подобных приборов) для исследования атмосферы Титана — крупнейшего из спутников Сатурна. Ученые надежно зафиксировали три полосы поглощения акрилонитрила в атмосфере — их можно сравнить с «отпечатками пальцев» молекулы. По характеристикам сигнала исследователи установили концентрацию вещества — около 2,8 частей на миллиард. Эта величина в 30 раз меньше содержания ксенона в земной атмосфере.
Исследователи оценили, как много акрилонитрила могло накопиться в Лигейском море — втором крупнейшем «водоеме» спутника за все время его существования. По словам авторов, этого количества достаточно для создания десяти миллиардов азотосом в миллилитре моря.
«Обнаружение этого неуловимого, астробиологически интересного химического соединения звучит вдохновляюще для ученых, которые пытаются выяснить, может ли развиться жизнь в ледяных мирах, подобных Титану, — рассказывает Мартин Кординер, автор статьи и исследователь из Центра космических полетов Годдарда. — Эта находка еще добавляет важную деталь к нашему пониманию химической сложности Солнечной системы».
Ранее мы сообщали об обнаружении геотермальной активности на другом спутнике Сатурна — Энцеладе. Ученые сравнивают ее с активностью древних океанов Земли, которая стала источником энергии для первых организмов.
Владимир Королёв
Для этого физики упрятали почти четыре тонны жидкого ксенона под гору
Физики из коллаборации PandaX поделились результатами поиска следов электромагнитного взаимодействия обычной и темной материй. Для этого они искали отклонения в числе фотонов, рожденных в 3,7 тонны жидкого ксенона, от модельного предсказания. Отрицательный результат позволил наложить новые ограничения на все типы электромагнитных свойств гипотетических частиц. Исследование опубликовано в Nature. Поиск частиц темной материи — важнейшая задача, над которой физики и астрономы бьются уже почти век. Ее существование доказывают наблюдения за движением галактик и реликтовым излучением, но, несмотря на это, ученые до сих пор не понимают, из чего она состоит. Подробнее про темную материю читайте в материале «Невидимый цемент Вселенной». Среди прочего физики спорят, участвуют ли частицы темной материи в электромагнитном взаимодействии. Само определение «темная» подразумевает отрицательный ответ, однако, это может лишь значить, что такое взаимодействие слишком слабое, чтобы его могли зафиксировать общие наблюдения и эксперименты. Темная материя может состоять из миллизаряженных частиц или частиц с неточечным зарядом, либо частиц с малым электрическими или магнитными дипольными моментами, анапольными моментами и так далее. Поиск следов такого взаимодействия ведется на самых различных установках. Среди прочего, этим заняты физики из коллаборации PandaX-4T, работающие в зале B2 Китайской подземной лаборатории Цзиньпин. Ученые исследуют гипотетический процесс, при котором частица темной материи обменивается фотоном с ядром вещества. Модели предсказывают, что его итогом должно стать излучение, испущенное ускоренным ядром, и излучение, испущенное электронами, оторвавшимися от ядра. Чтобы отыскать такие пары сигналов, физики наполняли свой детектор 3,7 тонны жидкого ксенона, окруженного с двух сторон массивами фотоумножителей. При анализе данных, собранных за 86 дней измерений, ученые учитывали множество фоновых процессов: бета-распады прочих ядер, естественную радиоактивность материалов детектора, влияние солнечных нейтрино и так далее. В результате оказалось, что учета фоновых процессов достаточно, чтобы объяснить происхождение более тысячи событий, зарегистрированных установкой. Результат эксперимента накладывает ограничения на известные электромагнитные модели частиц темной материи в диапазоне масс от 20 до 40 гигаэлектронвольт. Так, из него следует, что зарядовый радиус этих частиц не превышает 1,9 × 10-10 фемтометра, миллизаряд — 1,9 × 10-10 заряда электрона, а электрический и дипольный моменты — 1,2 × 10-23 заряда электрона на сантиметр и 4,8 × 10-10 магнетона Бора, соответственно. Ограничению подвергся также анапольный момент: 1,6 × 10-33 квадратного сантиметра, что почти в три раза меньше, чем предел, полученных в предыдущем исследовании. В качестве иллюстрации авторы сравнили свои ограничения с таковыми для других распространенных заряженный частиц: нейтрона и нейтрино, полученными другими группами. Предел для зарядового радиуса темной частицы оказался на четыре порядка строже, чем у нейтрино, пределы электрического дипольного момента и анапольного момента заняли промежуточное положение между таковыми для нейтрона и нейтрино, а предел магнитного момента оказался на один порядок слабее нейтринного. Ранее мы писали про то, как предыдущая версия детектора PandaX-4T — PandaX-II, — наполненная 0,57 тонны жидкого ксенона, помогла ограничить самодействующую темную материю.