Tormenta de polvo en Titan en junio del año 2010 . Crédito : Cassini/NASA.
En estos tiempos que corren , los astrobiologos intentan ver que situaciones posibles existirían para la evolución de una forma de vida alienigena fuera de la Tierra , y ellos se centran en dos preguntas para poder comprender los limites ambientales y químicos de la vida .
Porque si entendemos los limites de la vida , tenemos la posibilidad de tener o identificar posibles biofirmas en atmósferas de exoplanetas y porque no , en nuestro sistema solar , para la existencia de vida aqui en la Tierra tiene que haber un requisito fundamental , se llama membrana de la bicapa lipídica , cuando se ha hecho estudios basados en simulaciones de dinámica molecular , han sugerido que las membranas de polaridad invertida conocidas como azotosomas hechas de pequeñas moléculas y que contienen nitrogeno pueden ser abundantes en mundos líquidos criogénicos como en Titan .
Actualmente hay un tiempo potencial para poder investigar la viabilidad termodinámica de la formación de azotosomas , por eso , en ese contexto , Sandstrom y Rahm , ambos , de la Universidad Tecnológica de Chalmers , Suecia , han hecho cálculos de mecánica cuántica y han predicho que los azotosomas no pueden autoensamblarse en agua liquida , a diferencia de las bicapas lipídicas .
Y ambos cientificos proponen que debido a las estrictas condiciones anhidras y de baja temperaturas las membranas celulares pueden ser innecesarias para una hipotética astrobiologia en Titan , y esos esfuerzos en astrobiologia computacional predictiva va a ser de gran importancia en el futuro aterrizaje de Dragonfly en el año 2034 .
Recordemos que Titan se caracteriza por ser un mundo rico en quimica atmosférica y una morfología de superficie dinámica impulsada por la lluvia estacional que es predominantemente de ciclos de metano y etano , también se ha observado en Titan lagos y mares de hidrocarburos y que están cerca de las zonas polares de Titan , y que establece comparaciones con el ciclo hidrológico de la Tierra en relación con el origen de la vida .
Pero las condiciones en Titan son terriblemente gélidas , es muy frío , con temperatura de - 183 grados Celsius bajo cero a - 179 grados Celsius bajo cero - 90 a 94 grados Kelvin - y la superficie mas externa de Titan está libre de oxigeno , pero está cubierta por productos de su fotoquimica atmosférica , por eso la prueba mas estricta para los limites de la vida , Titan da un entorno único para poder explorar y experimentar la complejidad quimica de la naturaleza y su progresión sin agua liquida a bajas temperaturas y en escalas de tiempo cercanas a la edad del sistema solar .
Pero la falta de energía térmica - kT = o.75 kj / mol a 90 K - viene a ser un cuello de botella para la reactividad quimica en Titan , pero sin embargo , la luz solar es una fuente de energía - 0.4 W / m2 - que está disponible para que ocurra la quimica , pero en este caso , tanto Sandstrom y Rahm pensaron en la probabilidad de formación de membrana celular abiótica y que viene a ser unos de los requisitos previos para el posible origen de la vida .
Esto es solo una predicción quimica cuántica sobre la estabilidad de la membrana , la relativa energía libre del azotosoma y el hielo del acrilonitrilo , y los cálculos de mecánica cuántica predicen que el azotosoma no es un candidato termodinamicamente viable para el autoensamblaje de membranas celulares en Titan y el bloque de construcción necesario acrilonitrilo formara preferentemente el hielo molecular , las simetrías cristalinas de las fases consideradas se muestran entre paréntesis . Crédito : Science Advances .
Ambos también pensaron en la compartimentación como elemento central de la vida para poder sugerir la posibilidad de azotosomas en Titan ¿ que es un azotosomas ? son membranas hechas de pequeñas moléculas con un grupo de cabeza de nitrogeno y un grupo de cola de hidrocarburo y los grupos hidrofóbicos , grupos que odian el agua , permanecen en el exterior de las membranas azotosómicas - polaridad invertida - en comparación con las membranas lipídicas normales en el agua .
Y donde los grupos hidrofóbicos permanecen en el interior , los investigadores predijeron que utilizando una solución de dinámica molecular en metano criogenico y que si las estructuras estuvieran hecho de acrilonitrilo - C 2 H 3 CN - tendrían una elasticidad similar a la de una bicapa lipídica y en una solución acuosa , en su momento se discutió mucho sobre este elemento , pero dos años después de la predicción original , y a traves de ALMA , se detectó acrilonitrilo en Titan .
Y dado que las membranas y las micelas normales abióticas y biológicas se forman a traves de procesos espontáneos de autoensamblajes impulsados por una termodinámica favorable , y se analizó si la membrana azotosómica propuesta también se mantuvo de manera similar , y viables a los motivos termodinámicos , también Sandstrom y Rahm hicieron estimaciones de la persistencia cinética de los azotosomas usando cálculos químicos cuánticos y luego se abordó las asociaciones para la exobiologia hipotética en situaciones termodinámicas estrictas en Titan .
En biología terrestre , existe la hipótesis del mundo de los lipidos o de las " células primeros " , o sea , la formación abiótica de membranas ha contribuido al surgimiento de la vida , en donde los lipidos en el agua se autoensamblan espontáneamente para formar estructuras supramoleculares , como membranas y micelas , pero por encima de una concentración critica .
A la izquierda , modelo de una bicapa de fosfatidiletanolamina , que es un componente principal de la membrana bacteriana interna , a la derecha , una membrana azotosómica , que viene a ser una estructura teórica hecha de acrilonitrilo que exhibe una polaridad invertida en comparación con las bicapas lipídicas normales , se sugiere que las membranas azotosómicas permiten vesículas similares a células en líquidos criógenicos - 90 Kelvin - de hidrocarburos que están presentes en Titan . Crédito : Science Advances .
Ahora bien , durante el autoensamblaje de azotosomas en Titan , las estructuras previstas deberán ser - hipotéticamente - cinéticamente persistentes , y termodinamicamente mas bajas en energía que el cristal molecular correspondiente - hielo molecular - por eso se usó hielo molecular cristalino como contendiente para el autoensamblaje de acrilonitrilo .
Ambos investigadores aplicaron la mecánica cuántica en forma de teoría funcional de densidad corregida por dispersión - DFT - para poder calcular la energía de las cuatro fases del hielo de acrilonitrilo , y correspondientes a los datos experimentales de difracción , esos cálculos confirmaron la ausencia de modos de fonones imaginarios , esto para garantizar la estabilidad dinámica de la estructura .
Y los cálculos tuvieron en cuenta los eventos térmicos y entrópicos en la helada superficie de Titan , que son condiciones relevantes al mirar y considerar la interacción de dispersión con el entorno de metano circundante , ahora bien , el problema de la termodinámica para el origen de la vida no es de exclusividad de Titan , porque los requisitos de energía de Gibbs en la formación macromolecular se reducen en las superficies donde la vida en la superficie forma una posible primer paso en la evolución de la vida en la Tierra .
Por eso los cientificos limitaron sus cálculos para poder evaluar solo le azotosoma basado en acrilonitrilo y su autoensamblaje en condiciones relevantes en Titan , y las estructuras de membrana hipotéticas hechas de moléculas mas grandes eran menos estables cinéticamente , no se ha descartado la existencia y relevancia de otras membranas con polaridad invertida construidas a partir de componentes que interactuan mucho mas dentro de ambientes de hidrocarburos mas cálidos .
Porque en ausencia de azotosomas u otras membranas celulares , es muy poco probable que puedan ocurrir procesos que gobiernen la vida en forma criogénicas , aunque la vida en mundos fríos de hidrocarburos como Titan tampoco requeriría membranas celulares , por eso se dice que cualquier macromolécula hipotética con vida o maquinaria crucial de una forma de vida en Titan solo existiría en estado solido , porque nunca correrá el riesgo de destrucción por disolución .
Una gran pregunta en astrobiologia es si estas biomoléculas se pueden beneficiar de una membrana celular , pero debido a las condiciones de baja temperatura en Titan , las macromoléculas biológicas pueden depender de la difusión de pequeñas moléculas energéticas como el acetileno , el hidrógeno , o el cianuro de hidrógeno , para su crecimiento y replicación , porque una membrana podría dificultar los beneficios de difusión , también una membrana puede dificultar la eliminación de los productos de desechos del metabolismo del metano y del nitrogeno .
También es posible que una hipotética membrana celular proteja contra productos químicos nocivos en Titan , pero los azotosomas propuesto para permitir membranas criogénicamente operables en metano liquido , nos da un desafío gigante para la comprensión principal de la biología , es muy difícil llegar a predicciones especificas de la quimica para respaldar los procesos biológicos que ocurren bajo restricciones ambientales estrictas y termodinámicas en mundo como la de Titan .
Y no es fácil porque a medida que la molécula de interés crece en complejidad , el desafío de modelar de manera confiable sus propiedades y sus rutas de formación - cinética y termodinámica - puede ser difícil , finalmente y mas alla de hipotética forma de pensar formas de vida en Titan , y si bien es posible probar experimentalmente predicciones computacionales sobre la existencia o inexistencia de membranas azotosómicas .
Las especulaciones sobre los limites ambientales reales de la quimica prebiotica y la biología siguen siendo especulaciones , hay que hacer una exploración computacional cuidadosa de las estructuras y procesos prebióticos y biológicos propuestos , realmente la quimica para la posibilidad de vida alienigena en Titan no es fácil , no pensemos en cómo surgió la vida en la Tierra , sino cómo puede surgir la vida en Titan con los ingredientes químicos propios de su entorno ......
http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aax0272
http://dx.doi.org/10.1126/science.365.6448.15-a
http://dx.doi.org/10.1038/35053176
https://phys.org/news/2018-02-titan-hydrocarbon-soup-recipe-life.html
https://link.springer.com/article/10.1023/A:1006568226145
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