Chalmersin teknillisen yliopiston tutkijoiden yhdessä NASA:n kanssa Titanilla, Saturnuksen suurimmalla kuulla, tekemä tuore löytö haastaa kemian perusperiaatteet. Tämä läpimurto antaa myös ennennäkemättömiä vihjeitä elämän alkuperästä planeetallamme.
Suomalaisen teknillisen yliopiston tutkijoiden yhdessä NASA:n kanssa tekemä tutkimus tarjoaa jännittäviä ajatuksia kemiasta äärimmäisissä olosuhteissa, mukaan lukien Titan, Saturnuksen kuu. Titan on jo pitkään herättänyt huomiota olosuhteillaan, jotka muistuttavat varhaisen Maan olosuhteita, sillä sen ilmakehä on rikas typellä ja metaanilla.
Luonnollinen laboratorio elämän syntymälle
Titanin kylmä ympäristö ja tiheä ilmakehä, joka on kyllästetty typellä ja metaanilla, jäljittelevät olosuhteita, jotka saattoivat vallita nuorella maapallolla miljardeja vuosia sitten. Tutkimalla tämän kuun kemiallisia prosesseja tutkijat toivovat voivansa paljastaa elämän syntyn salaisuudet planeetallamme. Täten Titan voi toimia mallina ensimmäisten kemiallisten vaiheiden tutkimiselle, jotka johtivat elämän syntymään.
Keskeinen löytö molekyylien vuorovaikutuksen alalla
Tutkijat tekivät yllättävän löydön: aineet, joita on perinteisesti pidetty yhteensopimattomina (esimerkiksi öljy ja vesi), voivat olla vuorovaikutuksessa äärimmäisissä olosuhteissa. Erityisesti he osoittivat, että syaanivety, molekyyli, joka on runsas polaarinen kaasu Titanin ilmakehässä, voi muodostaa kiteitä metaanin ja etaanin kanssa, jotka ovat ei-polaarisia molekyylejä. Tämä vuorovaikutus on ristiriidassa kemian peruslain kanssa: ”samanlainen liukenee samanlaiseen”.
Tutkijoiden PNAS -lehdessä julkaistu artikkeli osoittaa, että tämä löytö voi muuttaa käsitystämme Titanin geologiasta ja antaa käsityksen olosuhteista, jotka ovat välttämättömiä elämän rakennuspalikoiden, kuten aminohappojen ja nukleiinihappojen, muodostumiselle. Tutkimuksen johtajan Martin Raman mukaan ”tämä voi auttaa meitä ymmärtämään paremmin kemiaa”. prebiootti ja miten se voi kukoistaa äärimmäisissä olosuhteissa”.
Menetelmät ja sokristallien löytäminen
Tutkiakseen näitä vuorovaikutuksia tiimi käytti tietokonemallinnusta ja laajamittaisia yhdistettyjä kokeita laserspektroskopialla. Näiden menetelmien avulla voitiin tunnistaa rakenteita, jotka ovat stabiileja erittäin alhaisissa lämpötiloissa, mikä haastaa joitakin vakiintuneita sääntöjä kemiassa. Martin Ram toteaa: ”Pidän tätä erinomaisena esimerkkinä kemian rajojen laajentamisesta, joka osoittaa, että yleisesti hyväksytyt säännöt eivät aina ole sovellettavissa.”
”Tämän odottamattoman vuorovaikutuksen löytäminen näiden aineiden välillä voi vaikuttaa käsitykseemme Titanin geologiasta ja sen omituisista maisemista, joissa on järviä, meriä ja dyynit. Lisäksi syanidihydrogeeni todennäköisesti pelaa tärkeää roolia abioottisen muodostamisessa useista elämän rakennuspalikoista, kuten aminohapoista, joita käytetään rakentamaan kuuluva proteiineja ja nukleiinihappoja, jotka ovat välttämättömiä geneettisen koodin ”Näin ollen työmme edistää myös parempaa ymmärrystä kemiasta, joka oli olemassa ennen elämän syntyä, ja siitä, miten se saattoi kehittyä äärimmäisissä ja epäsuotuisissa olosuhteissa”, sanoo Martin Ram. Tulokset voivat myös valottaa prebiotista kemiaa ja sitä, miten yksinkertaiset molekyylit voivat kehittyä monimutkaisemmiksi rakenteiksi, joita elämä tarvitsee.
Seuraavat vaiheet tutkimuksessa
NASA:n Streak-missio on määrä saavuttaa Titan vuonna 2034 sen pinnan tutkimiseksi. Siihen asti Martin Ram ja hänen kollegansa aikovat jatkaa syanovetyjen kemian tutkimusta, osittain yhteistyössä NASA:n kanssa. He huomauttavat, että ”syanovetyä esiintyy monissa paikoissa…maailmankaikkeudessa, esimerkiksi suurissa pilvissä , planeettojen ilmakehissä ja komeetoissa . ”Tutkimuksemme tulokset voivat auttaa meitä ymmärtämään, mitä tapahtuu muissa kylmissä avaruuden ympäristöissä. Voisimme myös selvittää, voivatko muut ei-polaariset molekyylit tunkeutua syanidivetykristallien läpi, ja jos voivat, mitä se voi tarkoittaa elämän edeltävälle kemialle”, hän selittää.
Laajentamalla ymmärryksemme rajoja
Tämä löytö havainnollistaa, kuinka tärkeää on tutkia poikkeuksia kemian vakiintuneista säännöistä, ja kannustaa meitä miettimään uudelleen näkemyksiämme molekyylien vuorovaikutuksista epätavallisissa olosuhteissa. Yhteistyö Chalmersin ja NASA:n kaltaisten organisaatioiden välillä korostaa monitieteisyyden arvoa tieteellisessä tutkimuksessa ja raivaa siten tietä tuleville saavutuksille prebioottisen kemian tutkimuksessa ja avaruuden valloituksessa.
