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

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
PandaX не нашла электромагнитно взаимодействующую темную материю

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.