क्या क्राकेन मारे में एक क्रैकन है? टाइटन पर हमें किस तरह का जीवन मिलेगा?

क्या शनि के बड़े चंद्रमा टाइटन पर जीवन हो सकता है? प्रश्न पूछने के लिए खगोलविदों और रसायनज्ञों को जीवन के रसायन विज्ञान के बारे में ध्यान से और रचनात्मक रूप से सोचने के लिए मजबूर करता है, और यह पृथ्वी पर अन्य दुनिया की तुलना में अलग कैसे हो सकता है। फरवरी में, कॉर्नेल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम, जिसमें केमिकल इंजीनियरिंग स्नातक छात्र जेम्स स्टीवेन्सन, ग्रह वैज्ञानिक जोनाथन लुनिन, और केमिकल इंजीनियर पॉलेट क्लेन्सी शामिल थे, ने एक अग्रणी अध्ययन प्रकाशित किया था जिसमें कहा गया था कि सेल झिल्ली इस उल्लेखनीय चंद्रमा पर मौजूद विदेशी रासायनिक परिस्थितियों में बन सकती है। ।

कई मायनों में, टाइटन पृथ्वी का जुड़वां है। यह सौर मंडल में दूसरा सबसे बड़ा चंद्रमा है और बुध ग्रह से बड़ा है। पृथ्वी की तरह, इसके पास पर्याप्त वायुमंडल है, सतह का वायुमंडलीय दबाव पृथ्वी की तुलना में थोड़ा अधिक है। पृथ्वी के अलावा, टाइटन हमारे सौर मंडल में एकमात्र वस्तु है जिसे इसकी सतह पर तरल के संचय के लिए जाना जाता है। नासा के कैसिनी अंतरिक्ष जांच ने टाइटन के ध्रुवीय क्षेत्रों में प्रचुर झीलों और यहां तक ​​कि नदियों की खोज की। सबसे बड़ी झील, या समुद्र, जिसे क्रकेन घोड़ी कहा जाता है, पृथ्वी के कैस्पियन सागर से बड़ी है। शोधकर्ताओं को अंतरिक्ष यान टिप्पणियों और प्रयोगशाला प्रयोगों दोनों से पता है कि टाइटन का वातावरण जटिल कार्बनिक अणुओं में समृद्ध है, जो जीवन के निर्माण खंड हैं।

इन सभी विशेषताओं से यह प्रतीत हो सकता है जैसे कि टाइटन जीवन के लिए उपयुक्त है। Name क्रैकन ’नाम, जो एक पौराणिक समुद्र राक्षस को संदर्भित करता है, काल्पनिक रूप से खगोलविदों की उत्सुक आशाओं को दर्शाता है। लेकिन, टाइटन पृथ्वी का विदेशी जुड़वां है। पृथ्वी की तुलना में सूर्य से लगभग दस गुना अधिक होने के कारण, इसकी सतह का तापमान -180 डिग्री सेल्सियस है। जैसा कि हम जानते हैं कि जीवन के लिए तरल पानी महत्वपूर्ण है, लेकिन टाइटन की सतह पर सभी पानी जम गया है। पानी की बर्फ उस भूमिका को लेती है जो सिलिकॉन युक्त चट्टान पृथ्वी पर करती है, जिससे क्रस्ट की बाहरी परतें बन जाती हैं।

टाइटन की झीलों और नदियों को भरने वाला तरल पानी नहीं है, लेकिन तरल मीथेन, संभवतः तरल एथेन जैसे अन्य पदार्थों के साथ मिलाया जाता है, ये सभी यहां पृथ्वी पर गैसें हैं। यदि टाइटन के समुद्रों में जीवन है, तो यह जीवन नहीं है जैसा कि हम जानते हैं। यह जीवन का एक विदेशी रूप होना चाहिए, जिसमें कार्बनिक अणु तरल पानी के बजाय तरल मीथेन में भंग हो सकते हैं। क्या ऐसा भी संभव है?

कॉर्नेल टीम ने इस चुनौतीपूर्ण सवाल का एक महत्वपूर्ण हिस्सा यह जांच कर लिया कि क्या कोशिका झिल्ली तरल मीथेन में मौजूद हो सकती है। हर जीवित कोशिका, अनिवार्य रूप से, रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक आत्मनिर्भर नेटवर्क है, जो कि झिल्ली से जुड़ी होती है। वैज्ञानिकों को लगता है कि पृथ्वी पर जीवन के इतिहास में कोशिका झिल्ली बहुत जल्दी उभरी है, और उनका गठन शायद जीवन की उत्पत्ति का पहला चरण भी हो सकता है।

यहां पृथ्वी पर, कोशिका झिल्ली उच्च विद्यालय जीव विज्ञान वर्ग के रूप में परिचित हैं। वे फॉस्फोलिपिड्स नामक बड़े अणुओं से बने होते हैं। प्रत्येक फॉस्फोलिपिड अणु में एक 'हेड' और एक 'टेल' होता है। सिर में एक फॉस्फेट समूह होता है, जिसमें फॉस्फोरस परमाणु कई ऑक्सीजन परमाणुओं से जुड़ा होता है। पूंछ में कार्बन परमाणुओं के एक या अधिक तार होते हैं, आमतौर पर 15 से 20 परमाणु लंबे होते हैं, प्रत्येक तरफ हाइड्रोजन परमाणु जुड़े होते हैं। हेड, इसके फॉस्फेट समूह के नकारात्मक चार्ज के कारण, विद्युत चार्ज का असमान वितरण है, और हम कहते हैं कि यह ध्रुवीय है। दूसरी ओर, पूंछ विद्युत रूप से तटस्थ है।

ये विद्युत गुण निर्धारित करते हैं कि पानी में घुलने पर फॉस्फोलिपिड अणु कैसे व्यवहार करेंगे। विद्युत रूप से बोलना, पानी एक ध्रुवीय अणु है। पानी के अणु में इलेक्ट्रॉनों को अपने दो हाइड्रोजन परमाणुओं की तुलना में अधिक ऑक्सीजन परमाणु से आकर्षित किया जाता है। अतः, अणु के उस भाग पर जहां दो हाइड्रोजन परमाणुओं का थोड़ा सा धनात्मक आवेश होता है, और ऑक्सीजन पक्ष का ऋणात्मक आवेश होता है। पानी के ये ध्रुवीय गुण इसे फॉस्फोलिपिड अणु के ध्रुवीय सिर को आकर्षित करने का कारण बनते हैं, जिसे हाइड्रोफिलिक कहा जाता है, और इसके नॉनपोलर पूंछ को पीछे हटाना, जिसे हाइड्रोफोबिक कहा जाता है।

जब फॉस्फोलिपिड अणु पानी में घुल जाते हैं, तो दो पदार्थों के विद्युत गुण एक साथ काम करते हैं, जिससे फॉस्फोलिपिड अणु खुद को एक झिल्ली में व्यवस्थित करते हैं। झिल्ली एक छोटे से गोले में अपने आप बंद हो जाती है जिसे लाइपोसोम कहा जाता है। फॉस्फोलिपिड अणु एक बाइलियर दो अणुओं को मोटा बनाते हैं। ध्रुवीय हाइड्रोफिलिक सिर झिल्ली की आंतरिक और बाहरी दोनों सतह पर पानी की ओर बाहर की ओर होते हैं। हाइड्रोफोबिक पूंछों को एक-दूसरे के सामने, बीच में सैंडविच किया जाता है। जबकि फास्फोलिपिड अणु अपनी परत में स्थिर रहते हैं, उनके सिर बाहर की ओर होते हैं और उनकी पूंछ का सामना करना पड़ता है, फिर भी वे एक-दूसरे के संबंध में आगे बढ़ सकते हैं, जिससे झिल्ली को जीवन के लिए आवश्यक तरल लचीलापन मिलता है।

फॉस्फोलिपिड बाइलर झिल्ली सभी स्थलीय सेल झिल्ली का आधार है। यहां तक ​​कि अपने दम पर, एक लाइपोसोम जीवन के लिए महत्वपूर्ण रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ा, पुन: उत्पन्न और सहायता कर सकता है, यही कारण है कि कुछ जैव रसायनशास्त्रियों का मानना ​​है कि लिपोसम का गठन जीवन के लिए पहला कदम हो सकता है। किसी भी दर पर, कोशिका झिल्ली का निर्माण निश्चित रूप से पृथ्वी पर जीवन के उद्भव का एक प्रारंभिक चरण होना चाहिए।

यदि जीवन का कोई रूप टाइटन पर मौजूद है, चाहे समुद्री राक्षस हो या (अधिक संभावना है) सूक्ष्म जीव, तो इसे लगभग निश्चित रूप से एक सेल झिल्ली की आवश्यकता होगी, ठीक उसी तरह जैसे पृथ्वी पर हर जीवित चीज करती है। क्या टाइटन पर तरल मीथेन में फॉस्फोलिपिड बाइलर मेम्ब्रेन बन सकता है? जवाब न है। पानी के विपरीत, मीथेन अणु में विद्युत आवेशों का समान वितरण होता है। इसमें पानी के ध्रुवीय गुणों का अभाव है, और इसलिए यह फॉस्फोलिपिड अणु के ध्रुवीय प्रमुखों को आकर्षित नहीं कर सकता है। फॉस्फोलिपिड्स के लिए पृथ्वी-शैली कोशिका झिल्ली बनाने के लिए इस आकर्षण की आवश्यकता होती है।

प्रयोगों का आयोजन किया गया है जहां फॉस्फोलिपिड्स को सांसारिक कमरे के तापमान पर गैर-ध्रुवीय तरल पदार्थों में भंग कर दिया जाता है। इन शर्तों के तहत, फॉस्फोलिपिड्स एक 'इनसाइड-आउट' दो लेयर मेम्ब्रेन बनाते हैं। फॉस्फोलिपिड अणुओं के ध्रुवीय प्रमुख केंद्र में होते हैं, जो एक दूसरे से अपने विद्युत आवेशों से आकर्षित होते हैं। गैर-ध्रुवीय पूंछ, गैर-ध्रुवीय विलायक का सामना करते हुए, अंदर-बाहर झिल्ली के प्रत्येक तरफ बाहर की ओर होती है।

क्या टाइटनियन जीवन में एक फास्फोलिपिड झिल्ली के अंदर हो सकता है? कॉर्नेल टीम ने निष्कर्ष निकाला कि यह दो कारणों से काम नहीं करेगा। पहला यह है कि तरल मीथेन के क्रायोजेनिक तापमान पर, फॉस्फोलिपिड्स की पूंछ कठोर हो जाती है, जो किसी भी अंदर-बाहर झिल्ली से वंचित होती है जो जीवन के लिए आवश्यक द्रव लचीलेपन का रूप हो सकती है। दूसरा यह है कि फॉस्फोलिपिड के दो प्रमुख तत्व; फास्फोरस और ऑक्सीजन, शायद टाइटन की मीथेन झीलों में अनुपलब्ध हैं। टाइटनियन कोशिका झिल्लियों की अपनी खोज में, कॉर्नेल टीम को हाई स्कूल जीव विज्ञान के परिचित दायरे से परे जांच करने की आवश्यकता थी।

यद्यपि फॉस्फोलिपिड्स से बना नहीं है, वैज्ञानिकों ने तर्क दिया कि कोई भी टाइटेनियन कोशिका झिल्ली फिर भी लैब में बनाए गए अंदर-बाहर फॉस्फोलिपिड झिल्ली की तरह होगा। यह गैर-ध्रुवीय तरल मीथेन के घोल में ध्रुवीय अणुओं को एक साथ विद्युतीय रूप से जकड़े हुए होगा। वे कौन से अणु हो सकते हैं? जवाब के लिए शोधकर्ताओं ने कैसिनी अंतरिक्ष यान से और प्रयोगशाला प्रयोगों से डेटा देखा जो टाइटन के वातावरण के रसायन विज्ञान को पुन: पेश करते थे।

टाइटन के वातावरण को एक बहुत ही जटिल रसायन विज्ञान के रूप में जाना जाता है। यह ज्यादातर नाइट्रोजन और मीथेन गैस से बना होता है। जब कैसिनी अंतरिक्ष यान ने स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके इसकी रचना का विश्लेषण किया तो इसमें कार्बन, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन के विभिन्न प्रकार के यौगिकों के निशान पाए गए, जिन्हें नाइट्राइल और एमाइन कहा जाता है। शोधकर्ताओं ने टाइटन पर ऊर्जा का अनुकरण करने वाली ऊर्जा के स्रोतों में नाइट्रोजन और मीथेन के मिश्रण को उजागर करके प्रयोगशाला में टाइटन के वायुमंडल के रसायन विज्ञान का अनुकरण किया है। Ol थोलिंस ’नामक कार्बनिक अणुओं का एक स्टू बनाया जाता है। इसमें हाइड्रोजन और कार्बन के यौगिक होते हैं, जिन्हें हाइड्रोकार्बन कहा जाता है, साथ ही नाइट्राइल और अमाइन।

कॉर्नेल जांचकर्ताओं ने नाइट्राइल्स और एमाइन को उनके टाइटेनियन सेल झिल्ली के संभावित उम्मीदवारों के रूप में देखा। दोनों ध्रुवीय अणु हैं जो दोनों में पाए जाने वाले नाइट्रोजन युक्त समूहों की ध्रुवीयता के कारण गैर-ध्रुवीय तरल मीथेन में एक झिल्ली बनाने के लिए एक साथ चिपक सकते हैं। उन्होंने तर्क दिया कि उम्मीदवार अणु फॉस्फोलिपिड्स की तुलना में बहुत छोटे होने चाहिए, ताकि वे तरल मीथेन तापमान पर द्रव झिल्ली का निर्माण कर सकें। उन्होंने तीन और छह कार्बन परमाणुओं के बीच के तार युक्त नाइट्राइल और एमाइन पर विचार किया। नाइट्रोजन युक्त समूहों को 'अज़ोटो' -ग्रुप्स कहा जाता है, इसलिए टीम ने अपने काल्पनिक टिटानियन समकक्ष को लिपोसोम 'एज़ोटोसोम' नाम दिया।

प्रायोगिक अध्ययन के लिए एज़ोटोसोम का संश्लेषण करना कठिन और महंगा रहा होगा, क्योंकि प्रयोगों में तरल मीथेन के क्रायोजेनिक तापमान पर आयोजित करने की आवश्यकता होगी। लेकिन चूंकि अन्य कारणों से उम्मीदवार अणुओं का बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है, इसलिए कॉर्नेल शोधकर्ताओं ने यह निर्धारित करने के लिए कम्प्यूटेशनल रसायन विज्ञान के साधनों को मोड़ने में उचित ठहराया कि क्या उनके उम्मीदवार अणु तरल मीथेन में एक लचीली झिल्ली के रूप में सह सकते हैं। पारंपरिक फॉस्फोलिपिड कोशिका झिल्ली का अध्ययन करने के लिए कम्प्यूटेशनल मॉडल का सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है।

समूह के कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन ने दिखाया कि कुछ उम्मीदवार पदार्थों को खारिज किया जा सकता है क्योंकि वे झिल्ली के रूप में नहीं होंगे, बहुत कठोर होंगे, या एक ठोस रूप लेंगे। फिर भी, सिमुलेशन ने यह भी दिखाया कि कई पदार्थ उपयुक्त गुणों के साथ झिल्ली का निर्माण करेंगे। एक उपयुक्त पदार्थ एक्रिलोनिट्राइल है, जिसे कैसिनी ने दिखाया कि वह टाइटन के वायुमंडल में 10 मिलियन प्रति मिलियन एकाग्रता पर मौजूद है। क्रायोजेनिक एज़ोटोज़ोम्स और कमरे के तापमान लिपोसोम के बीच तापमान में भारी अंतर के बावजूद, सिमुलेशन ने उन्हें स्थिरता और यांत्रिक तनाव की प्रतिक्रिया के समान समान गुणों का प्रदर्शन करने के लिए दिखाया। कोशिका झिल्ली, फिर, तरल मीथेन में जीवन के लिए संभव है।

कॉर्नेल के वैज्ञानिक अपने निष्कर्षों को देखते हैं कि तरल मीथेन में जीवन दिखाने की दिशा में पहले कदम से ज्यादा कुछ भी संभव नहीं है, और उन तरीकों को विकसित करने की दिशा में जो भविष्य के अंतरिक्ष यान को टाइटन पर खोजने की आवश्यकता होगी। यदि तरल मीथेन में जीवन संभव है, तो निहितार्थ अंततः टाइटन से बहुत आगे निकल जाते हैं।

आकाशगंगा में जीवन के लिए उपयुक्त परिस्थितियों की तलाश करते समय, खगोलविद आम तौर पर एक तारे के रहने योग्य क्षेत्र के भीतर एक्सोप्लैनेट की खोज करते हैं, जिसे दूरी की संकीर्ण सीमा के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिस पर पृथ्वी जैसा वातावरण वाला ग्रह तरल पानी के लिए उपयुक्त सतह का तापमान होगा। यदि मीथेन जीवन संभव है, तो सितारों में एक मीथेन रहने योग्य क्षेत्र भी होगा, एक क्षेत्र जहां मीथेन एक ग्रह या चंद्रमा पर तरल के रूप में मौजूद हो सकता है, जिससे मीथेन जीवन संभव है। आकाशगंगा में रहने योग्य दुनिया की संख्या बहुत बढ़ जाएगी। शायद, कुछ दुनियाओं में, मीथेन का जीवन जटिल रूपों में विकसित होता है, जिसकी हम कल्पना कर सकते हैं। हो सकता है उनमें से कुछ समुद्री राक्षसों की तरह थोड़े भी हों।

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कैसिनी सोलस्टाइस मिशन, नासा जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी

नासा और ईएसए टाइटन लैंडिंग, नासा 2015 के बाद से 10 साल का जश्न मनाते हैं