20 oktober 2017

Potentiële bouwstenen van buitenaards leven aangetroffen op Saturnusmaan Titan

Titan verstopt zich achter de ringen van Saturnus. Het oppervlak van deze reuzenmaan wordt door een dikke dampkring aan het oog onttrokken.

De Saturnusmaan Titan 1 is een wereld vol contrasten. De kalme zeeën en uitgestrekte duinen doen denken aan onze aarde, totdat je beseft dat hier geen water stroomt, maar vloeibare koolwaterstoffen2. De stikstofrijke dampkring van Titan bevat verschillende bestanddelen die noodzakelijk zijn voor het leven zoals wij dat kennen, maar een diepvriestemperatuur van rond de -180 graden Celsius maakt het onwaarschijnlijk dat dergelijk leven ooit tot ontwikkeling zal komen.

Maar hoe zit het met leven zoals wij dat niet kennen? Uit spectroscopische gegevens die zijn verkregen door het ALMA-observatorium3 hebben onderzoekers bewijs gevonden voor het bestaan van vinylcyanide (of acrylnitril) in de dampkring van Titan – een molecuul dat in theorie cel-achtige membranen zou kunnen vormen, zelfs bij de heersende omstandigheden op Titan. Sterker nog, de dampkring van Titan bevat voldoende vinylcyanide om de zeeën te vullen met dit spul. Zou het in deze zeeën kunnen wemelen van de kleine celmembraantjes? Wie weet, maar voordat iedereen massaal “aliens” gaat roepen – het is nog maar een theorie!

Hier op aarde zijn celmembranen opgebouwd uit fosfolipiden, moleculen met een lange, niet-polaire (water-afstotende) staart en een polaire (water-minnende) kop. Als je vroeger goed hebt opgelet bij biologieles, weet je misschien nog dat fosfolipiden een dubbele laag vormen, met de waterminnende (hydrofiele) delen aan de binnenkant en de waterafstotende (hydrofobe) delen aan de buitenkant.

Deze structuur zorgt ervoor dat de membranen kleine waterbelletjes kunnen aantrekken én vasthouden. Binnen deze waterpakketjes kan dan genetisch materiaal worden opgelost en kunnen biochemische reacties gaan plaatsvinden. Dat is natuurlijk prima voor celmembranen die zich bevinden in de gematigde vloeibare wateroceanen op aarde, maar dergelijke structuren kunnen simpelweg niet functioneren in de cryogene methaanzeeën van Titan. De membranen zullen véél te rigide zijn en bovendien zullen de waterafstotende en waterminnende delen omgewisseld moeten worden.

Een azotosoom zoals deze in 2015 bedacht is door onderzoekers van Cornell .

Goed, maar hoe zouden cellen op Titan er wél kunnen uitzien? Twee jaar geleden hebben onderzoekers van de Cornell University getracht deze vraag te beantwoorden, waarbij gebruik is gemaakt van chemische computermodellen. Aan de hand van deze modellen hebben de onderzoekers functionele celmembranen ontworpen die stabiel en flexibel blijven bij extreem lage temperaturen, waarbij gebruik is gemaakt van het molecuul C2H3CN, beter bekend als…vinylcyanide! De onderzoekers hebben zo’n hypothetische buitenaardse cel een “azotosoom” genoemd.

Wat maakt vinylcyanide zo geschikt voor de productie van celmembranen? Dat komt doordat de moleculen van deze koolstofverbinding “amfifiel” zijn, wat betekent dat ze een polaire en een niet-polaire kant hebben, net als “onze” fosfolipiden. In beide gevallen zal de structuur vergelijkbaar zijn, met het verschil dat bij vinylcyanide alles binnenstebuiten zal zitten, met de polaire delen aan de binnenkant en de niet-polaire delen aan de buitenkant.

Dit is natuurlijk een fascinerende hypothese, maar er was helaas een klein probleem: niemand had ooit vinylcyanide aangetroffen op Titan. Natuurlijk had de Cassini-ruimtesonde een paar jaar eerder lichte aanwijzingen gevonden voor de aanwezigheid van dit spul, maar dat is helaas niet voldoende. Nu hebben onderzoekers geprobeerd om beter bewijs te verzamelen, waarbij archiefgegevens van ALMA zijn doorgespit. Niet zonder resultaat, want de ALMA-metingen blijken inderdaad sterke aanwijzingen te bevatten voor een flinke concentratie vinylcyanide in de hoge dampkring van Titan (boven 200 km hoogte). Deze bevindingen zijn vorige week gepubliceerd in Scientific Reports.

Grafische illustratie die laat zien hoe organische bestanddelen op Titan getransporteerd kunnen worden van de dampkring naar de oceanen.

Natuurlijk is de kans op het ontstaan van leven groter in de oceanen dan in de hoge dampkring, maar de onderzoekers hebben benadrukt dat het vaak regent op Titan. Hierbij worden voortdurend organische bestanddelen naar het oppervlak getransporteerd en dat geldt wellicht ook voor vinylcyanide. Sterker nog, de wetenschappers hebben berekent dat Ligeia Mare4 maar liefst 30 miljoen azotosomen per kubieke centimeter “zeewater” zou kunnen bevatten – de aardse oceanen bevatten, ter vergelijking, gemiddeld 1 miljoen bacteriën per kubieke centimeter.

Uiteindelijk blijft het allemaal bij theorieën en hypotheses. Er is maar één manier om erachter te komen of het op Titan inderdaad wemelt van cryogeen leven – en dat is door er naartoe te gaan! Toekomstige (onbemande) landers, of wellicht zelfs onderzeeërs, zullen moeten speuren naar de aanwezigheid van deze bijzondere cellen. Tot die tijd moeten we het doen met deze fascinerende gedachte: wat als?

Klik hier voor nog een boeiend filmpje over de ontdekking.

Met dank aan Sybold Deen voor de tip!

Het volledige vak-artikel over het onderzoek kan hier ingezien worden.

Bronnen: Gizmodo en NASA

============================================================================================

Noten
  1. Titan is de op één na grootste maan van het zonnestelsel. Doordat Titan groter is dan de planeet Mercurius (en niet veel kleiner dan Mars) plus een dikke complexe dampkring heeft, is het de meest planeetachtige maan van allemaal []
  2. De temperatuur en luchtdruk op Titan zijn dusdanig dat koolwaterstoffen, zoals aardgas, zich kunnen gaan gedragen als water op aarde. Met andere woorden: aardgasdampen stijgen omhoog, vormen wolken waaruit het vervolgens gaat regenen. Deze regen, vloeibare aardgas dus, verzamelt zich in een netwerk van beken en rivieren die allemaal naar stroperige zeeën stromen, die gevuld zijn met vloeibare koolstofrijke slurrie []
  3. de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, een revolutionaire interferometer, met een totaal van 66 radio-schotels variërend van 7 tot 12 meter in diameter. Deze schotels nemen waar op millimeter- en submillimetergolflengtes. De telescoop ligt op het Chajnantor plateau op meer dan 5.000 meter boven zeeniveau, in de Atacamawoestijn van noord-Chili []
  4. Een meer in het noordpoolgebied van Titan. Het is de op één na grootste “zee” op Titan, na Kraken Mare, en is groter dan het Bovenmeer op aarde (de grootste van de Noord-Amerikaanse “grote meren”). Ligeia Mare bestaat vooral uit vloeibaar methaan (aardgas), gemengd met opgelost stikstofgas, ethaan en allerlei organische verbindingen []

Laat wat van je horen

*