ساختمان جدیدی از زندگی: توانایی تحمل اسید سولفوریک زهره

زهره اغلب به عنوان منظره جهنمی توصیف می شود. دمای سطح نقطه ذوب سرب را نقض می کند، و اگرچه جو آن تحت سلطه دی اکسید کربن است، اما حاوی اسید سولفوریک کافی برای مقایسه با هادس است.

اما شرایط در سراسر جو فراوان زهره یکنواخت نیست. مکان‌هایی وجود دارد که برخی از اجزای سازنده حیات می‌توانند در برابر طبیعت غیر مهمان‌نواز سیاره مقاومت کنند.

در میان سیارات صخره‌ای، زهره از نظر حجم دارای بیشترین اتمسفر است. بنابراین، در حالی که سطح آن غیر قابل مهمان‌نواز است، جو آن دارای مناطقی است که شبیه‌ترین مناطق منظومه شمسی است. دانشمندان به این فکر کرده‌اند که آیا حیات می‌تواند در بخش‌هایی از اتمسفر بالای سیاره زنده بماند یا خیر، و کشف نشانگر زیستی بالقوه فسفین (اگرچه بعداً رد شد) توجه بیشتری را ایجاد کرد.

یکی از دلایلی که زهره مدام در بحث‌های مربوط به سکونت‌پذیری مطرح می‌شود این است که در دسترس است، در حالی که سیارات فراخورشیدی اینگونه نیستند. زهره به راحتی قابل دسترسی است و ما در حال حاضر یک مدارگرد داریم که فضاپیمای ژاپنی آکاتسوکی است. سه ماموریت دیگر به زهره برای اواسط دهه ۲۰۳۰ برنامه ریزی شده است: Veritas و DAVINCI ناسا و EnVision ESA.

هیچ کس متقاعد نشده است که ما زندگی در زهره را پیدا خواهیم کرد. اما سیاره می تواند چیزهای زیادی در مورد شیمی و زیست شناسی و محدودیت های آنها به ما بیاموزد.

در تحقیقات جدید، تیمی از دانشمندان بلوک‌های ساختمانی مختلف را در شرایط مشابه زهره آزمایش کردند تا ببینند آیا می‌توانند در برابر طبیعت خطرناک سیاره مقاومت کنند. تحقیق این است که ‘لیپیدهای ساده ساختارهای مرتبه بالاتر پایداری را در اسید سولفوریک غلیظ تشکیل می دهند.’ نویسنده اصلی دانیل دوزدویچ از گروه شیمی در دانشگاه شیکاگو است. مقاله در حال حاضر در مرحله پیش چاپ است و به مجله Astrobiology ارسال شده است.

سطح زهره برای سکونت مناسب نیست. اما ممکن است مناطقی در جو آن وجود داشته باشد که قابل سکونت باشند. مسئله این است که بیشتر اسید سولفوریک زهره در ابرهای جداگانه متمرکز شده است و نه اینکه در اتمسفر آن پخش شده باشد.

سطح زهره در حال خنثی‌سازی است، اما لایه ابر شامل مناطق با دما و فشار است که معمولاً با حیات سازگارند. با این حال، تصور می‌شود که ابرهای ناهید از اسید سولفوریک غلیظ تشکیل شده‌اند.

آنها می خواستند آزمایش کنند که آیا هر یک از ‘ویژگی های اساسی’ زندگی می تواند در برابر محیط چالش برانگیز زهره مقاومت کند یا خیر. آیا مواد شیمیایی زندگی می توانند در برابر اسید سولفوریک مقاومت کنند؟

نویسندگان می نویسند: ‘شیمی آلی در اسید سولفوریک غلیظ به ندرت مورد مطالعه قرار می گیرد و در عین حال به طور شگفت انگیزی غنی است، با کار اخیر از این ایده حمایت می کند که مولکول های آلی پیچیده، از جمله اسیدهای آمینه و نوکلئوبازها می توانند در این حلال غیر معمول پایدار باشند.’

اگر مولکول های آلی ساده بتوانند در اسید سولفوریک پایدار بمانند، این یک مشاهده جالب به نفع حیات است. اما پیچیدگی بیشتری از آن می‌طلبد، و این چیزی است که این تحقیق روی آن تمرکز دارد.

یکی از ویژگی‌های اساسی زندگی، سلولی بودن است: تمایز «درون» (محتوای یک سلول، شامل اطلاعات، مولکول‌ها و تمامی تعاملات آن‌ها) و «بیرون» (محیط)، به‌علاوه وجود یک مکانیسم برای ارتباط و تبادل. دوزدویچ و همکارانش می‌نویسند که بین این دو رابطه وجود دارد.

محققان بر روی لیپیدها، غشاهایی که سلول ها را تعریف می کنند، تمرکز کردند. لیپیدها اساس ساختار سلولی هستند، نه تنها به عنوان غشاء بین سلول ها، بلکه به عنوان غشاهایی که قسمت های متمایز داخلی سلول ها را ایجاد می کنند. نویسندگان می نویسند: ‘غشای سلولی به ویژه در محیط های شدید مهم است زیرا باید به حفظ هموستاز محیط داخل سلولی در برابر شرایط خارجی سخت کمک کند.’

محققان آزمایش‌های آزمایشگاهی انجام دادند تا تعیین کنند آیا لیپیدها می‌توانند در برابر محیط خشن زهره مقاومت کنند. آنها دو سوال پرسیدند: آیا لیپیدهای ساده می توانند در برابر تجزیه توسط اسید سولفوریک مقاومت کنند و آیا لیپیدها می توانند ساختارهای مرتبه بالاتر پایداری مانند آنچه در سلول ها ایجاد می کنند ایجاد کنند؟

محققان توده‌هایی از لیپیدها را در ویال‌ها قرار دادند و آنها را در معرض غلظت‌های مختلف اسید سولفوریک قرار دادند و هر ویال را در فواصل زمانی مشخص اندازه‌گیری کردند. نتایج آنها نشان می دهد که برخی از لیپیدها می توانند در معرض اسید زنده بمانند و حتی ساختارهایی را تشکیل دهند.

به طور خلاصه، نتایج نشان می دهد که غشاهای پایدار می توانند در حضور اسید سولفوریک تشکیل شوند و باقی بمانند. زندگی از آب به عنوان یک حلال استفاده می کند، زیرا یک مولکول قطبی است، می تواند شبکه هایی از پیوندهای هیدروژنی را تشکیل دهد، ظرفیت گرمایی بالایی دارد، و البته در زمین فراوان است. اما در همه جا فراوان نیست.

به طور انتقادی، این مطالعه نشان می دهد که برخی از جنبه های شیمی زندگی به آب به عنوان یک حلال نیاز ندارند. در عوض، آنها می توانند اسید سولفوریک را به عنوان یک حلال تحمل کرده و از آن استفاده کنند. نویسندگان می نویسند: ‘در اینجا، ما پایداری غیرمنتظره ساختارهای غشایی پیچیده را در یک حلال قطبی دیگر نشان می دهیم: اسید سولفوریک غلیظ.’

این برای سکونت‌پذیری سیاره‌های فراخورشیدی و اختربیولوژی چه معنایی دارد؟

محققان توضیح می‌دهند: «اسید سولفوریک غلیظ به‌عنوان یک حلال سیاره‌ای می‌تواند در سیارات فراخورشیدی، چه در زهره‌های بیرونی یا در دیگر سیارات سنگی که در نتیجه فعالیت ستاره‌ای ستاره میزبان خود خشک شده‌اند، گسترده باشد».

و البته اسید سولفوریک به مقدار زیاد در زهره وجود دارد.

نویسندگان می نویسند: ‘اسید سولفوریک غلیظ نیز در مجاورت سیاره ما به عنوان مایع غالب در ابرهای زهره وجود دارد و بر اهمیت آن برای علوم سیاره ای، سکونت پذیری سیاره ها و اختربیولوژی تاکید می کند.’

این سؤال که آیا زندگی می تواند به نحوی در ابرهای زهره زنده بماند، از بین نمی رود. ما در بازی اختر زیست شناسی تازه کار هستیم و به سادگی در موقعیتی نیستیم که همه چیز را رد کنیم. ممکن است دور از ذهن به نظر برسد، اما علم یک بازی شواهد است و شواهد می تواند شگفت آور باشد.

این مطالعه شواهدی را ارائه نمی دهد که بتواند به این سؤال پاسخ دهد – به سؤالات بزرگی مانند این به صورت تدریجی پاسخ داده می شود – اما نتیجه جالبی ارائه می دهد.

نویسندگان نتیجه می‌گیرند: «با نشان دادن پایداری غشاهای لیپیدی در این حلال تهاجمی، ما گام مهمی به جلو در بررسی قابلیت سکونت‌پذیری محیط ابر اسید سولفوریک غلیظ در زهره برداشته‌ایم».