Новый тип бескислородной жизни, в основе которой лежит метан и которая может воспроизводиться подобно жизни на Земле, был смоделирован учеными Корнельского университета. Взяв за основу одновременно творческую и сугубо научную точку зрения, инженеры-химики и астрономы предложили вариант жизни, которая могла бы процветать в суровом холодом мире — в частности, на Титане, спутнике Сатурна. Это планетарное тело купается в морях не из воды, а из жидкого метана, и может содержать клетки, свободные от кислорода, но содержащие метан.

Ученые предположили существование клеточной мембраны, состоящей из мелких органических соединений азота и способной функционировать в жидком метане при температуре в 292 градуса ниже нуля. Их работа была опубликована 27 февраля в Science Advance, ведущим исследователем стал Паулетт Клэнси, специалист в области химической молекулярной динамики, ее первым автором стал Джеймс Стивенсон, аспирант в области химической инженерии, соавтором работы стал Джонатан Лунин, директор Корнельского центра радиофизики и космических исследований.

Лунин изучает луны Сатурна и был в команде междисциплинарных ученых миссии «Кассини-Гюйгенс», которая обнаружила метан-этановые моря на Титане. Заинтересовавшись возможным существованием жизни на основе метана на Титане, около года назад Лунин обратился к Корнельскому факультету за помощью в создании химической модели. Клэнси согласился помочь.

«Мы не биологи и не астрономы, но у нас были нужные инструменты, — говорит Клэнси. — Может быть, это помогло, потому что у нас не было никаких предубеждений о том, что должно быть в мембране, а чего быть не должно. Мы просто работали с соединениями, которые знали, и задались вопросом: если бы это была наша палитра, что из нее можно было бы сделать?».

Так выглядит 9-нанометровая азотосома

На Земле в основе жизни лежит фосфолипидная двухслойная мембрана, прочная, проницаемая, водянистая везикула, которая удерживает органическое вещество каждой клетки. Везикула, состоящая из такой мембраны, называется липосомой. Многие астрономы ищут внеземную жизнь в так называемых потенциально обитаемых зонах, узких полосах вокруг Солнца, в пределах которых может существовать жидкая вода. Но что, если клетки в своей основе состоят не из воды, а из метана, у которого более низкая температура замерзания?

Инженеры назвали свою гипотетическую клеточную мембрану «азотосомой», от азота. «Липосома» берет начало от греческих слов «lipos» и «soma», которые означают жидкое тело; по аналогии, азотосома означает «азотное тело».

Азотосома состоит из молекул азота, углерода и водорода, которые, как известно, существуют в криогенных морях Титана, но демонстрирует такую же стабильность и гибкость, что и земной аналог — липосома. Это стало неожиданностью для химиков вроде Клэнси и Стивенсона, которые никогда не задумывались о механике клеточной стабильности до этого; чаще они занимаются исследованием полупроводников.

Инженеры использовали метод молекулярной динамики, который ищет кандидаты-компоненты на основе метана, которые могли бы самособираться в мембранные структуры. Наиболее перспективный компонент из обнаруженных — акрилонитрильная азотосома, которая показала хорошую стабильность, сопротивление к распаду и гибкость, присущую фосфолипидным мембранам на Земле. Акрилонитрил — бесцветное, токсичное, жидкое органическое соединение, используемое в производстве акриловых волокон, смол и термопластичных материалов — присутствует в атмосфере Титана.

Обрадованный первыми доказательствами своей концепции, Клэнси заявил, что следующим шагом будет попытка демонстрации, что эти клетки могут уживаться в метановой среде — что должно стать аналогом воспроизводства и метаболизма бескислородных клеток на основе метана.

Лунин надеется на долгосрочную перспективу проверки этих идей на самом Титане, как он сам выразился, «когда мы отправим зонд плавать по морям этой удивительной луны и напрямую опробуем органику».

Стивенсон говорит, что частично вдохновлялся творчеством Айзека Азимова, который написал в 1962 году эссе на тему жизни на безводной основе под названием ‘Not as We Know It’ («Не такая, как мы ее знаем»).