Počítačové simulace membrán hypoteticky existujících na Titanu ukázaly jejich termodynamickou nestabilitu. To znamená, že i když vezmeme v úvahu zavedenou kinetickou a dynamickou stabilitu takových struktur, jejich spontánní vzhled je mizivě nepravděpodobný. Je však možné, že hypotetický život na Titanu nevyžaduje membrány, píší autoři v Science Advances.
Život známý na Zemi může existovat pouze díky membránám. Složité živé organismy zpravidla používají bilipidové membrány, tj. Uzavřené povrchy sestávající ze dvou vrstev proteinů a lipidů, které jsou umístěny hydrofobními konci dovnitř a hydrofilními konci směrem ven. Biologické membrány mají mnoho funkcí, včetně selektivní permeace látek, zajištění mezibuněčné interakce, udržování vysoké koncentrace požadovaných metabolitů v omezeném objemu a další.
Titan je jedním z nejslibnějších těles z hlediska astrobiologie. Navzdory nízkým povrchovým teplotám asi 90 Kelvinů má tento satelit plynový obal, je zde výrazná gravitace, existuje obrovské množství látek v kapalné formě a také jsou patrné sezónní změny na povrchu spojené se srážením a pokračující cirkulací uhlovodíky. Také pod vlivem slunečního světla v atmosféře Titanu může dojít k mnoha reakcím, v důsledku kterých se tvoří látky (například molekulární vodík, acetylen a kyanovodík) s významnou chemickou energií.
Podle Oparinovy hypotézy vznikly primitivní membrány před vznikem plnohodnotného života a zajišťovaly jeho vznik a rozvoj. Podle podobné logiky vědci navrhli možnost nezávislého vzniku podobných struktur na Titanu. Teoreticky byla nalezena vhodná formace - nazývalo se to azotosom (analogicky s lipozomem, ale s vysokým obsahem dusíku) a akrylonitril se ukázal jako vhodná volba pro roli hlavní látky. Takové membrány by měly mít opačnou polaritu než Země (hydrofilní část uvnitř, hydrofobní část venku) a měly by být kineticky stabilní za podmínek Titanu. Kromě toho bylo na tomto satelitu nalezeno znatelné množství akrylonitrilu.
Chemici ze Švédska, vedeni Martinem Rahmem z Chalmers University of Technology, studovali strukturu dusíkových atomů z termodynamického hlediska. Je známo, že biologické i abiotické membrány a micely na Zemi se mohou tvořit nezávisle, protože se ukazuje jako stav s nižší celkovou energií než řešení jejich složek. Autoři ukázali, že tomu tak není u dusíkových atomů: molekulární led z akrylonitrilu má nižší energii.
Molekulární led se ukazuje být hlavním uchazečem o termodynamicky nejvýhodnější konfiguraci, protože malé polární molekuly jsou špatně rozpustné v kapalném metanu (hlavní složka jezer a moří na Titanu) a očekávaný základní stav jakýchkoli molekul je složitější než ethan - v každém případě jde o pevný krystal.
V nové práci chemici použili přístup hustotní funkční teorie k výpočtu specifických energií pro čtyři fáze akrylonitrilového ledu nalezené v předchozích experimentech. Autoři dokázali potvrdit dynamickou stabilitu dusíkových atomů a doložit jejich relativní stabilitu - odpovídají lokálnímu minimu potenciální energie. Molekulární led se strukturou Pna21 se však ukázal být o 8–11 kilojoulů na mol příznivější než dusíkovéozomy při teplotě 90 Kelvinů a při zohlednění rozpuštění v kapalném metanu. Vědci obecně označili vlastní sestavení dusíkaté látky z tisíce molekul akrylonitrilu za statisticky nemožné na základě Gibbsovy distribuce pro stavy hmoty při tak nízkých teplotách.
Vědci však nevěří, že by jejich práce ukončila hypotézu o obyvatelnosti Titanu. Poznamenávají, že jedna z klíčových rolí membrán na Zemi - zajišťující lokalizovanou redukci entropie a zabraňující ředění cenných rozpustných látek v obrovském objemu okolní vody - není v kontextu Titanu relevantní. Jakékoli makromolekuly hypotetického života za takových podmínek a takové sloučeniny jsou považovány za naprosto nezbytné pro dnešní život, budou v pevné formě a nehrozí jejich rozpuštění. Chemici také vysvětlují, že hypotetický život na Titanu se musí spoléhat na transport malých molekul, jako je vodík, acetylen nebo kyanovodík, a membrána může zabránit jejich difúzi. Proto se domnívají (i když celou tuto část díla poctivě nazývají čistě spekulativní), že membrány nejsou na Titanu vůbec potřeba.
Dříve vědci dosáhli nemrznutí vody při -263 stupních Celsia pomocí lipidových membrán, provrtaných buněčnou membránou pomocí molekulárních strojů a identifikovali dvě období v historii Měsíce, kdy na jeho povrchu teoreticky mohl existovat život.