土星最大的衛星土衛六，從土星及其星環前經過。該照片由卡西尼號探測器以真實色彩拍攝。
供圖：NASA
撰文：Nadia Drake
當冬季降臨在土衛六的兩極地區時，也會帶去大量的有毒分子，而在適當條件下，這些分子可以結合成地球上細胞外層的那種生物膜。
這種分子名叫丙烯氰（C3H3N），形成於土衛六大氣層上層。如今，科學家們發現，大量這種分子存在於土衛六橘色的大氣層中，並可能會降落在土衛六冰凍的地表上。
根據近日發表在《Science Advances》上的論文，土衛六北半球第二大湖泊麗姬亞海中，可能存在100億噸以上的丙烯氰。
這種化合物進入土衛六湖泊之後會產生什麼？它是自己合成的嗎？這些問題仍然懸而未決。不過，假定這種分子能形成細胞膜，那麼，這次發現就提出了新的疑問：在土衛六的海洋中，生命所需的關鍵原料之一是否可以輕易獲得？
這張是卡西尼號探測器合成的圖像，可以讓我們穿過土衛六的雲層，看到地表。
供圖：NASA
上圖是用美國宇航局卡西尼號探測器拍攝的照片著色、拼接而成的。圖上顯示，土衛六的北半球分布著許多碳氫化合物湖泊和海洋。
供圖：NASA, JPL-CALTECH, ASI, USGS
「土衛六上的化學環境獨特而又奇異，我們目前掌握的所有證據都表明它上面已經為生命存在準備了大量東西。」美國約翰霍普金斯大學的Sarah Hörst說道。
「我們從行星科學中學到的一切都告訴我們，其它星球比我們更有創意。」
外星海洋
幾十年來，土衛六這顆土星上最大的衛星一直誘惑著天體生物學家們：除了化學環境之外，土衛六與地球或多或少都有些相似。它也是太陽系中除地球之外唯一一顆液體能在地表流動的星球；它吸附著一個氮氣大氣層，而且表面還覆蓋著許多複雜的有機化合物。
但是，土衛六的溫度能下降至-179℃，水會變得堅若磐石，而液態乙烷和甲烷則匯聚成了海洋。土衛六赤道附近的山丘並非砂石，而是由冰凍的有機物形成的。土衛六上的「雨」也與地球植物合成的一些化合物相同。
換言之，如果土衛六上進化出了生命，其分子機制處理碳氫化合物比處理水更加高效。
卡西尼號拍攝到冬季的土衛六，冰凍化合物形成的大團雲層飄在土衛六的南極上方。
供圖：NASA/JPL-CALTECH/SPACE SCIENCE INSTITUTE
從卡西尼號的這個視角望去，高懸在土星環上方的土衛六好似一顆明珠。
供圖：NASA, JPL-CALTECH, SPACE SCIENCE INSTITUTE
長久以來，土衛六濃厚的大氣層都阻隔了我們觀察其地表的視線。
供圖：NASA
「整個太陽系中，再也沒有一個地方擁有這麼多液態碳氫化合物湖泊。」該論文的合著者、美國宇航局戈達德太空飛行中心的Conor Nixon說道，「因此，需要一個全新的生物學體系來支撐它。」
2004年至今，卡西尼號探測器一直在土星附近忙碌著，幫助科學家們研究土衛六這個巨大而又奇異的衛星。十多年前，卡西尼號探測到一個分子中含有丙烯氰原子成分的證據（3個碳，3個氫，1個氮）。但是，卡西尼的數據並未告訴科學家這些原子是否按照丙烯氰的分子結構進行排列。
最近，該研究的負責人、也在美國宇航局工作的Maureen Palmer及其同事們研究了智利阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）收集到的數據。研究宇宙的科學家過去一直將望遠鏡對準土衛六，利用它來校準觀測。
結果，2014年2月至5月間收集的校準數據顯示，土衛六上確確實實存在丙烯氰，那些物質不僅在原子層面上與丙烯氰相同，而且整個分子結構也完全相同。
科學家們利用這些偶得的數據，確定土衛六大氣層中漂浮著數百萬千克的丙烯氰。該研究團隊探測發現，丙烯氰主要分布在約193千米的高空，這一點也說得通。因為，據Nixon介紹，當太陽光和其它帶電粒子轟擊土衛六的氮氣大氣層時，會使現有的甲烷和氮氣分解成「樂高積木塊」。
然後，這些原子會重組成各種複雜的結構，其中就包括丙烯氰。丙烯氰緩慢地聚集，並在大氣層中下沉，最終以雨滴的形式降落到土衛六地表。由於土衛六上的季節變化與大氣循環，最高濃度的丙烯氰會在冬季降落在兩極地區，不過，整個星球的其它地方也都會以某種程度雨露均沾。
Nixon說：「丙烯氰可能遍布土衛六，然後靜靜躺在地表，成為有機殘留物，也可能發生反應，形成長鏈聚合物。或者，它也可能落進湖泊中，而一旦它落入湖中，便開始自我組織。」
烏賊星球？
丙烯氰可能形成與類似地球生物細胞膜的想法，來自於美國康奈爾大學的一個研究團隊。該團隊研究了土衛六大氣層中的許多分子，然後用電腦模型來確定哪些分子能夠自我組裝成細胞膜一樣的結構，即「氮基膜」（譯者註：azotosome，該名詞為此研究團隊2015年首創，尚無確切譯法）。
卡西尼號透過薄霧，看到了土衛六上碳氫化合物湖泊與冰丘的位置。
供圖：NASA, JPL-CALTECH, SPACE SCIENCE INSTITUTE
從卡西尼號望去，土星的另一顆小衛星土衛三溜到了土衛六背後。
供圖：NASA, JPL, SPACE SCIENCE INSTITUTE
從9.6千米處看到的土衛六地表。這張照片是用惠更斯號探測器拍攝的影像合成的。
供圖：ESA, NASA, JPL, UNIVERSITY OF ARIZONA
該團隊由當時的研究生James Stevenson領銜，發現了在土衛六極寒的液氮海洋中，丙烯氰最有可能形成某種天體生物學材料。
與地球上的細胞膜類似，這種模擬出來的材料既結實又有韌性，或許能形成一個空心球體，將其它生命必需的材料與外界隔離開來，而它在甲烷中聚合、隔離的屬性也恰恰如此。
康奈爾大學的Paulette Clancy幽默地打了個比方：「這些分子不能親近得毫無間隙，但是又必須親近到能夠形成鏈條的程度。然後，如果鏈條的兩端碰面後，它們還要相互說『太棒了！讓我們連在一起吧！』」如此一來，就能形成封閉的膜。
截至目前，尚無真正的實驗能證明丙烯氰能夠形成膜。因為，用低溫液態甲烷和有毒的氰化物做實驗非常困難。不過，身在地球的我們，也只能用這種方式 來模擬土衛六上可能發生的化學反應。
「你可以找一位最好的有機化學家，問問他是否願意接受這個挑戰。」Clancy說道。
不過，由於丙烯氰在土衛六上的含量極為豐富，丙烯氰理論上能形成膜狀球。這個理論也變得更加撩人心弦。畢竟，僅計算質量的話，土衛六麗姬亞海裡的丙烯氰就能形成至少360億條大王烏賊。這項發現或許也將促使再發射一個探測器前往那顆橘色星球上一探究竟。
Hörst說：「我們還處於弄清土衛六湖泊的初期試驗階段。但是，只有我們到達那裡，才能確切知道究竟發生了什麼。」
（譯者：mikegao）
來源：國家地理中文網（官V）