

土卫六对于类地微生物来说,即使是在外星世界中,也不是一个舒适的地方。它缺乏像木卫二和土卫二那样存在的全球性海洋,而且它也不享有(相对而言)火星的温和气候。但在一个方面,它看起来与地球惊人地相似——湖泊的岸边崎岖不平,遍布其表面。
这些湖泊充满的是甲烷和乙烷,而不是水,任何居民都必须忍受零下300华氏度的温度,但只要有液体晃动,生命就可能找到出路。具体来说,一些研究人员认为,生命可以从一种特别适合泰坦恶劣环境的化学构件组装而成。
“人们非常认真地对待这个提议。在天体生物学中,没有多少具体的建议,”瑞典查尔姆斯理工大学的化学家Martin Rahm说。
然而,现在,Rahm和一位同事在《科学进展》上发表的最新模拟,粉碎了这种配方能够催生生命,或者至少是我们所熟悉和喜爱的微生物的希望。结果表明,泰坦上的生命——如果它存在的话,可能性不大——将是一种非常非常奇怪的生命。
把任何地球生物扔进泰坦的一个湖里,它都不会好过。即使是我们最顽强的单细胞生物,也由一种叫做脂质的脂肪分子构成的膜将其连接在一起。脂质分子之所以能够结合并形成一个屏障,是因为某些部分会吸引水分子,而另一些部分会排斥它们。这些与水的相互作用会引导分子形成扁平的薄片,然后卷曲成容器,以防止细胞的内部物质漂浮出去。但泰坦的湖泊没有水可以与之相互作用,而且极低的温度会冻结任何地球生命。
有抱负的原细胞该怎么办?跳过脂质,试试另一种叫做丙烯腈的分子。康奈尔大学的一个研究小组,由现任约翰霍普金斯大学的物理化学家Paulette Clancy领导,在2015年计算出,这种分子的独特化学性质会让一个分子吸引另一个分子(而不是与周围液体发生强烈的相互作用),形成一种膜,在泰坦的条件下,这种膜保持统一且足够柔软,能够允许运动。两年后,ALMA天文台在泰坦上发现了丙烯腈分子的直接证据,其数量足以理论上支持数百万个单细胞生命。
Rahm认为康奈尔团队的提议鼓舞人心,特别是其尖锐的预测:泰坦生命的细胞将基于这一分子,在特定条件下形成特定形状。天体生物学(对外星生命理论的研究)很少得出足够具体的结论来用计算机模拟进行检验。“这不像你只是能算出个外星人,”他说。但这次不同了。
康奈尔小组已经证明,基于丙烯腈的细胞可以在泰坦上生存而不散架,但它们的膜能否首先形成呢?脂质膜在水中自发形成,而在泰坦上,它们的对应物也必须在寒冷的甲烷中这样做。“这远非显而易见,”Rahm说。这涉及到“量子力学计算,而且不是那种你只需要看看分子就能明白的事情。”
Rahm和他的同事Hilda Sandström创建了一个计算机程序,模拟了在零下298华氏度的条件下,漂浮的丙烯腈分子在碰撞甲烷分子时的行为。当他们运行它时,他们发现分子组织成一种坚硬的晶体,类似于冰或食盐,而不是包裹细胞所需的扁平柔韧的薄片。他们得出结论,泰坦上的任何生命都无法拥有所有地球细胞那样的软壳。
最初提出奇异膜的康奈尔团队成员Jonathan Lunine称这项工作“出色”,但也表示原始想法仍有一些回旋余地。例如,Rahm和Sandström的计算假设了一个纯甲烷环境,但泰坦的湖泊含有乙烷和其他可能促使分子形成软薄片的成分。Lunine还建议,如果生命以其他方式扎根,它可能会进化出积极制造膜的工具,就像我们的细胞产生蛋白质一样。
Rahm还指出了生命可以生存的其他方式,尽管他强调这些想法是极其推测性的,而且不太可能。首先,泰坦很可能在地下拥有一个液态水的海洋,那里的类地脂质细胞可以很好地生存。
至于地表,他推测,活着的分子可能完全放弃细胞膜,依靠泰坦大部分被冰封的环境将它们聚集在一起。这些分子可能一生都粘附在一块岩石上,等待营养物质自然地漂浮过来。Rahm说:“有季节性变化、风、不断退缩的海岸线。”“地表是有运动的。”
目前,这场讨论仍然纯属理论。但当NASA在2030年代将 Dragonfly 无人机送往泰坦进行探索时,也许化学家们和地球已经准备好了一份愿望清单,列出了具体要寻找的分子种类。