Карл Саган, который первым ввел этот термин, испытывал искушение назвать их «стар-тар».
Ключевые выводы
- Толины представляют собой широкую группу органических соединений, образующихся при облучении более простых молекул.
- Они чрезвычайно распространены в нашей Солнечной системе, и исследования показали, что их свойства невероятно полезны для зарождающейся жизни.
- Отслеживая и понимая толины, мы могли бы найти внеземную жизнь и даже объяснить, как зародилась жизнь на Земле.
Зарождение жизни на Земле было нелегким делом. Предстоял долгий путь от нагромождения мертвых молекул до сложного механизма жизни. Разреженная атмосфера Земли не так хорошо защищала планету от космического излучения, из-за чего жизни было трудно даже закрепиться. Не было источника энергии для еды.
Но когда окружающая среда изменилась, эти препятствия в конце концов были преодолены, и жизнь все равно возникла. Существует множество идей о том, как это произошло, но многие из них связаны с обширной группой скопившихся в космосе слизи, называемой толинами.
чеканка Карла Сагана
Карл Саган был известен не только тем, что поэтически восхвалял Бледно-голубую точку: он был опытным астрономом и в сотрудничестве со своим коллегой Бишуном Кхаре разработал концепцию толинов, которую описал как «коричневый, иногда липкий осадок […], синтезированный ультрафиолетовым (УФ) светом или искровым разрядом».
Дать название этим веществам было необходимо. Хотя они могут сильно различаться по форме и содержанию, все они имеют схожие физические и химические свойства, и все они образуются сходным образом. Саган, который действительно умел обращаться со словами, также отметил, что его «соблазнило словосочетание «стар-тар»».
Порошкообразные коричневато-красные толины, изготовленные в Университете Джонса Хопкинса.
Чао Хе, Синтинг Ю, Сидни Ример и Сара Хёрст, Университет Джонса Хопкинса
Из чего они сделаны
По сути, толины начинаются как космически распространенные, но относительно простые молекулы, такие как метан (CH4), углекислый газ (CO 2) или азот (N2). При облучении эти соединения вступают в цепную реакцию с образованием красноватых липких толинов.
В блоге Планетарного общества Сара Хёрст, исследователь из Университета Джона Хопкинса, описала их сложность:
Измерения масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения, которые я проанализировал, когда учился в аспирантуре, показали, что толин содержит как минимум 10 000 различных молекулярных формул, что, если учесть различные структуры (изомеры), может означать сотни тысяч различных соединений!
Когда они производятся в атмосфере небесного тела, такие толины образуют красную дымку вокруг объекта, как спутник Сатурна Титан. Они также могут образовываться при облучении замороженного метана, этана или других органических соединений, поэтому части Плутона и Европы кажутся красными.
Трещины на поверхности льда Европы. Считается, что красный цвет возникает из-за толинов.
НАСА
Почему важны толины
Толины могут быть обычным явлением в нашей Солнечной системе, но в природе они не существуют на Земле; кислород в нашей атмосфере довольно быстро расщепляет эти соединения. Но различные свойства толинов делают их хорошими кандидатами на то, как зародилась жизнь, и они могут служить маркером планет, на которых в будущем может появиться жизнь.
Эти соединения предлагают множество преимуществ для планеты, на которой только начинается жизнь. Когда они формируются в атмосфере, они создают дымку, которая помогает защитить планету от космического излучения, способного разорвать на части тонкий механизм жизни (ДНК или что-то другое).
Лабораторные эксперименты показали, что даже современная микробная жизнь может использовать толины в качестве источника пищи, поэтому они, возможно, делали то же самое на ранней стадии жизни Земли (или другой планеты). И хотя сегодня Земля не может естественным образом принимать толины, так было не всегда. Кислород начал появляться в атмосфере Земли немногим более 2 миллиардов лет назад во время Великого события оксигенации. До этого его самая ранняя атмосфера состояла из водорода, аммиака и водяного пара, которые можно объединить в толины. Некоторые ученые также предполагают, что ледяные кометы и межпланетная пыль доставили на раннюю Землю полезный груз толинов.
Исследование Хёрста также выявило особенно интересное свойство этих соединений. Она облучила ряд соединений, обычно встречающихся в атмосфере Титана (в частности, N2, CH4и CO) для производства толинов, подобных тем, которые они ожидают найти на Титане.
Когда мы проанализировали полученное твердое вещество (у нас это коричневатый порошок), мы обнаружили нечто довольно удивительное: аминокислоты и нуклеотидные основания. Вся жизнь на Земле основана на этом небольшом наборе молекул. Аминокислоты являются строительными блоками белков, а нуклеотидные основания являются одним из типов строительных блоков ДНК.
Итак, помимо блокирования излучения и использования в качестве источника энергии, толины могут даже более непосредственным образом способствовать возникновению жизни. Более того, они очень распространены в нашей Солнечной системе и, вероятно, за ее пределами. Считается, что только в нашем звездном окружении толины присутствуют на Титане, Европе, Рее, Тритоне, Плутоне, Церере, Макемаке и множестве комет и астероидов.
На некоторых из этих объектов уже может быть жизнь в той или иной форме, особенно на Титане, чьи озера жидкого бензина могут содержать жизнь (хотя и в совершенно иной форме, чем на Земле); Европа, под ледяной оболочкой которой находится много жидкой воды; и даже Плутон, у которого может быть подповерхностный океан, подобный Европе. Отслеживание присутствия и природы толинов на этих планетах может послужить отличным ключом к пониманию того, существует ли жизнь, и если да, то в какой форме.