Ionske tekućine mogle bi proširiti granice nastanjive zone

U astrobiologiji već desetljećima vrijedi jednostavno pravilo: traži vodu. Ako na nekom svijetu postoji tekuća voda, veća je vjerojatnost da ondje postoje i uvjeti za život kakav poznajemo. No nova hipoteza sugerira da je takav kriterij možda preuzak. Prema novom radu istraživača s MIT-a i Sveučilišta u Cardiffu, na nekim bi svjetovima ulogu vode kao temeljnog otapala mogle preuzeti ionske tekućine i takozvana duboka eutektička otapala. Ako je to doista moguće, granice onoga što danas smatramo nastanjivim područjima u svemiru morale bi se ozbiljno preispitati.

Takva je mogućnost važna zato što otvara prostor okolišima koji su se dosad uglavnom smatrali prehladnima, prevrućima ili presuhima za život. To znači da potragu ne bi trebalo ograničiti samo na svjetove s jezerima, oceanima ili podzemnim zalihama vode. U obzir bi mogli doći i planeti na kojima mikroskopske količine drukčijih tekućina obavljaju sličnu kemijsku funkciju.

Otapala koja preživljavaju ekstreme

Ionske tekućine u osnovi su soli koje ostaju u tekućem stanju pri razmjerno niskim temperaturama, uglavnom ispod 100 stupnjeva Celzija. Duboka eutektička otapala nastaju, pak, miješanjem spojeva koji zajedno imaju znatno niže talište nego svaki njihov sastojak zasebno, a stabilnost im proizlazi iz elektrostatskih interakcija poput vodikovih veza i van der Waalsovih sila. Upravo ih ta svojstva čine posebno zanimljivima iz astrobiološke perspektive.

Njihova je najveća prednost iznimna otpornost. Tlak para takvih tekućina višestruko je niži nego kod vode, što znači da jedva isparavaju. Zbog toga mogu opstati kao mikrokapljice ili tanki filmovi čak i u vakuumu ili na svjetovima s vrlo rijetkom atmosferom. Ondje gdje atmosfera ipak postoji, mogu ostati tekuće i unatoč vrlo velikim temperaturnim oscilacijama. Jedna konkretna ionska tekućina, označena kao [NBu3H][HFAC], ima talište od čak -93 stupnja Celzija, što pokazuje koliko daleko izvan uobičajenih granica vode takvi sustavi mogu ostati aktivni.

Naravno, sama fizikalna izdržljivost nije dovoljna ako se u takvom mediju ne mogu održati molekule ključne za život. Upravo zato autori rada pregledali su postojeću literaturu i zaključili da mogućnost prilagodbe nije zanemariva. U analiziranim pokusima 71 posto testiranih proteina zadržalo je svoju presavijenu strukturu u ionskim tekućinama uz vrlo malo vode. U istim je otapalima 65 posto enzima zadržalo katalitičku aktivnost. Posebno se ističe primjer enzima celulaze, koji je ostao stabilan i pri 115 stupnjeva Celzija.

Priroda pritom već nudi tragove da takva kemija nije posve strana živim sustavima. Jedna vrsta mrava, poznata kao tawny crazy ant, prirodno sintetizira ionsku tekućinu kako bi neutralizirala otrov vatrenih mrava. Slično tomu, neke takozvane biljke uskrsnuća, prilagođene ekstremnoj suši, u svojim stanicama stvaraju smjese nalik dubokim eutektičkim otapalima, sastavljene od šećera i aminokiselina, koje štite proteine kada voda gotovo potpuno nestane.

Od Venere do suhih svjetova

Autori ističu i da sirovine za takva otapala nisu rijetkost ni u Sunčevu sustavu. Jedan od poticaja za ovu ideju došao je iz ranijeg rada u laboratoriju Sare Seager, gdje je pri miješanju sumporne kiseline i organskih spojeva koji sadrže dušik nenamjerno nastala ionska tekućina. To je posebno zanimljivo zato što sumporna kiselina čini velik dio oblaka Venere. Na Marsu, s druge strane, postoje perkloratne i kloridne slane otopine koje su za život kakav poznajemo otrovne, ali bi mogle služiti kao kemijski prekursori za nastanak ionskih tekućina i dubokih eutektičkih otapala.

Slični prekursori postoje i u kometima. Kako se ta tijela tijekom svojih izduženih putanja oko Sunca zagrijavaju i hlade, zaštićeni džepovi tekućine mogli bi postati mala kemijska žarišta u kojima se odvija prebiotička kemija. Još je zanimljivija mogućnost da bi stjenoviti egzoplaneti koji su odavno izgubili svu vodu ipak mogli zadržati mikroskopske mreže takvih tekućina u svojoj kori. To vjerojatno ne bi bilo dovoljno za složen i razvijen ekosustav, ali bi organizmi usporedivi s bakterijama možda mogli opstajati vrlo dugo i na vrlo malim količinama takvih otapala.

Iz toga proizlazi i spekulativna hipoteza o zamjeni vode. Prema toj zamisli, život na planetu koji tijekom milijuna godina postupno gubi vodu mogao bi evolucijski prijeći na vlastitu proizvodnju ionskih tekućina, slično onome što se već vidi kod spomenutih mrava. U krajnjem scenariju takvi bi organizmi mogli toliko internalizirati novo otapalo da bi upravo ono postalo temelj njihove složene organske kemije.

Za sada je, međutim, riječ o radnoj hipotezi, a ne o potvrđenom opisu stvarnog izvanzemaljskog života. No njezina se izvedivost može provjeravati. Jedan je korak pokušati u laboratoriju stvoriti ionske tekućine i duboka eutektička otapala od kemijskih sastojaka poznatih s drugih planeta. Drugi je ispitati mogu li se u njima uopće oblikovati ključne biološke strukture, poput staničnih membrana. Ako se pokaže da je takav scenarij moguć, nastanjiva zona oko zvijezda više neće značiti samo područje u kojem voda može ostati tekuća. Značit će mnogo širi prostor u kojem bi život mogao opstajati u oblicima koje dosad jedva da smo ozbiljno uzimali u obzir