Drukuj
Odsłony: 967

Magdalena Bakoń

XXXV LO z Oddziałami Dwujęzycznymi im. Bolesława Prusa w Warszawie
Koło Naukowe Biologii Molekularnej UW

 

The Universe is  stranger than we imagine !

 Albert Einstein

Astrobiologia to jedna z dziedzin biologii zajmująca się szukaniem życia w kosmosie oraz poznawania sekretów powstawania życia na Ziemi. Od lat astrobiologowie próbują odpowiedzieć na pytanie: czy jesteśmy sami we Wszechświecie ? Na chwile obecną pytanie to pozostaje bez odpowiedzi. 

Prawdopodobnie życie powstało w wielu wariantach, a to, które znamy teraz było najbardziej udaną próbą i przetrwało. Równie dobrze czynnikiem różniącym inne formy życia mógłby być rozpuszczalnik. Na Ziemi znamy jeden, najbardziej uniwersalny rozpuszczalnik - woda, ale co by było, gdyby we Wszechświecie powstało życie oparte na innym rozpuszczalniku?

Organizmy zamieszkujące Ziemie są nierozerwalnie związane z życiodajną cząsteczką H2O. Jest to związek nieorganiczny, zbudowany z atomu tlenu oraz dwóch atomów wodoru połączonych wiązaniami kowalencyjnymi. Oba jej końce mają przeciwny ładunek, dzięki czemu molekuła ta jest polarna. Pozwala ona na tworzenie wiązań wodorowych między innymi cząsteczkami wody oraz ułatwia rozpuszczanie się innych związków polarnych. Kolejnymi właściwościami fizycznymi, które umożliwiają życie jest zdolność do kohezji, adhezji - pozwalają one zwalczyć siłę grawitacji w transporcie wody w roślinie. Dzięki wysokiemu ciepłe właściwemu i parowania umożliwia ona termoregulację organizmów. W temperaturze 0 C wiązania wodorowe między cząsteczkami przestają się zrywać, a co za tym idzie, stabilizują się odległości między nimi. Tym sposobem lód ma ok. 10% mniejszą gęstość niż woda w 4C i może się unosić na jej powierzchni tworząc stabilne środowiska do życia tuż pod nim.  Ostatnią i najważniejsza właściwością wody jest to, ze jest powszechnym rozpuszczalnikiem wielu związków chemicznych. Wynika to z polarnej budowy cząsteczki H2O oraz wiązań wodorowych. Właściwości te ukazują, że życie bez wody staje się prawie niemożliwe... prawie.

Aby “nowy” rozpuszczalnik się sprawdził jako miejsce licznych syntez musi posiadać kilka kluczowych właściwości - wykazywać formy solwofobiczne, umożliwiać samoorganizację błon uwarunkowanych przez pewne siły oraz być izolacyjny, aby elektrostatyczne reakcje były efektywne.

Naukowcy z całego globu prowadzą badania nad odkryciem idealnego zamiennika dla wody. Na pierwszy ogień idą ciecze jonowe (ILs). Są to jonowe związki chemiczne, których cechą charakterystyczną jest występowanie w stanie ciekłym w temperaturze poniżej 100C. Jest to uwarunkowane specyficzną budową - posiadają rozbudowany, asymetryczny kation organiczny i niewielki organicznym bądź nieorganicznym anion. Ich największą zaletą jest projektowalność - umożliwia to stworzenie związku o wyselektowanych przez nas cechach. Aktualnie można wyodrębnić 3 generacje ILs - każda z nich posiada unikalne właściwości fizyczne oraz chemiczne. Dzięki szerokiemu zakresowi temperatury topnienia mogą one dać nadzieje na rozwój życia w nowych środowiskach, a w szczególnościch w takich gdzie występują wysokie wahania temperatur.

Glicerol - bezbarwna, słodka i jakże ważne, polarna ciecz. Jego temperatura wrzenia wynosi ok. 290 C, co umożliwia szerszy zakres temperatury, w którym pozostaje  w stanie ciekłym. Właściwość ta umożliwia również zajście reakcji dotychczas niemożliwych w cieczach o niskiej temperaturze wrzenia. Co więcej glicerol posiada wiele wspólnych właściwości z woda - porównywalna gęstość, napięcie powierzchniowe, zapach, barwa,polarność. Przesłanka ta sugeruje, że propanotriol mógłby być uniwersalnym rozpuszczalnikiem. Oczywiście życie na nim oparte musiałoby pójść inną drogą ewolucyjną.

A co gdyby zaproponować amoniak? Na pierwszy rzut oka, związek toksyczny dla znanego nam życia. Ma on czterościenną budowę cząsteczki, a atomy są połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Cała molekuła jest również polarna, a między innymi cząsteczkami NH3 wytarza wiązania wodorowe, dokładnie tak samo jak woda. Niestety nie jest tak idealnie, jak każdemu może się wydawać. Amoniak różni się właściwościami fizykochemicznymi. Jego temperatury topnienia i wrzenia znajdują się w zakresie temperatur ujemnych (odpowiednio -77.73C i -33.33C). Właściwość ta jest jednak zmienna i uwarunkowana od panującego ciśnienia atmosferycznego. Wraz z jego wzrostem, rośnie temperatura wrzenia. Duża zaletą NH3 jest jego zdolność do rozpuszczania związków organicznych oraz nieorganicznych.  Wiąże się to natomiast z tym, że jest on zdolny do rozpuszczenia lipidów wchodzących w skład błon biologicznych. Życie oparte na amoniaku wymaga warunków beztlenowych oraz wytworzenia zamienników fosfolipidów.

To jasne, że nie istnieje idealny zamiennik, ale nie idealny dla życia ziemskiego. Kto wie może gdzieś we Wszechświecie znajdują się organizmy, które swoją biochemię oparły na innym rozpuszczalniku…