Толины (от др.-греч. θολός — мутный, неясный) — органические вещества , линии поглощения которых обнаружены в спектрах многих ледяных тел внешней Солнечной системы . Считается, что они представляют собой смесь различных органических сополимеров , образованных в атмосфере из простых органических соединений, таких как метан и этан , под действием ультрафиолетового излучения Солнца . Как полагают, толины являются химическими предшественниками жизни . Толины не образуются естественным образом на Земле на её современном этапе развития. Обычно обладают красновато-коричневым или коричневато-оранжевым оттенком. Масса молекул толинов в атмосфере Титана достигает 8000 а. е. м. , для сравнения масса молекул ДНК от около 995,000 а. е. м. (в 124 раза больше) до 10 ⁹ а. е. м. , а пептидов до ~10 000 а. е. м. , однако, в отличие от них, толины являются более простыми, так как не формируются в присутствии кислорода , то есть не содержат данного элемента , имея общую формулу C _x H _y N _z .

Термин «толин» был введен астрономом Карлом Саганом , чтобы описать вещество, полученное им в экспериментах Миллера — Юри с газовыми смесями, присутствующими в атмосфере Титана . Данный термин не является определённо согласованным, но в целом часто употребляется для описания красноватых органических компонентов на планетарной поверхности.

Происхождение и нахождение

« Титановые толины» и « тритоновые толины» являются органическим веществом с высоким содержанием азота , образовавшимся в результате облучения газовой смеси азота и метана, так как подавляющая часть атмосферного состава в обоих случаях приходится именно на азот, с небольшой примесью метана и пренебрежимо малой долей следов других газов. Этот атмосферный тип толинов отличается от « ледяных толинов», образующихся при облучении клатратов воды и органических соединений, таких как метан или этан. Плутино Иксион обладает данным составом в высокой степени.

Поверхности комет , кентавров и некоторых ледяных лун внешней Солнечной системы, таких как Тритон или Умбриэль , содержат залежи разновидностей как атмосферного типа толинов («титановых» и «тритоновых»), так и ледяных толинов. Некоторые транснептуновые объекты , такие как Седна , некоторые объекты из пояса Койпера , такие как Орк или Макемаке , и некоторые плутино , как (38628) Huya , содержат толины. В кольцах Сатурна имеются следы примесей толинов в водяном льде .

Мутность и оранжево-красный цвет поверхности кентавров предположительно вызваны наличием толинов.

В результате эксперимента, проведённого Карлом Саганом и (довольно тривиально) симулирующего нижние слои атмосферы Юпитера , в ней предполагается наличие толинов . Ранее высказывались предположения о наличии толинов как в атмосфере Юпитера, так и Сатурна ^{С. 296} . На галилеевых спутниках Ганимеде и Каллисто предполагается наличие некоторого количества толинов на поверхности по результатам миссии КА « Галилео » .

Некоторые исследователи предполагают, что на развитие жизни на Земле на ранней стадии, возможно, повлияли кометы с высоким содержанием толинов, занёсшие сырьевой материал, необходимый для развития жизни , см. также Эксперимент Миллера — Юри , занимающийся данной проблемой. Следует заметить, что в эксперименте применялось напряжение до 60 кВ , в то время как напряжение молний в атмосфере Земли может достигать 1 ГВ , а молнии на Юпитере могут превышать энергию самых мощных земных в 10 раз . На современном этапе развития, начиная с кислородной революции около 2,4 млрд лет назад, толины не существуют из-за окисляющего свойства свободного кислорода , являющегося компонентом земной атмосферы .

Образование и свойства

Теоретическая модель объясняет формирование толинов диссоциацией и ионизацией молекулярного азота и метана энергетичными частицами и солнечным излучением , формированием этилена , этана, ацетилена , цианистого водорода и других маленьких простых молекул и маленьких положительных ионов, дальнейшим формированием бензола и других органических молекул, их полимеризацией и формированием аэрозоля более тяжёлых молекул, которые сгущаются и выносятся на планетарную поверхность .

Толины, сформировавшиеся при низком давлении, склонны содержать атомы азота во внутренней части молекулы, в то время как для толинов, сформировавшихся при высоком давлении, более вероятно местонахождение атомов азота на окончаниях молекулы .

Группой французских учёных были получены около 200 разновидностей толинов в специальных реакторах , симулирующих атмосферу Титана. Пока не до конца понятно, по какому пути вещества строятся. Результат анализа коэффициента изотопов углерода оказался неожиданным. Толины, полученные в лабораторных условиях, не были обогащены лёгкими изотопами, несмотря на сложность самих молекул . Хотя известно, что более лёгкие изотопы химических элементов более охотно вступают в реакции и быстрее строят молекулы .

Толины могут выступать в качестве эффективного экрана от ультрафиолетового излучения , защищая планетарную поверхность, а также, возможно, могут даже формировать аминокислоты на поверхности планеты . В одном из экспериментов проба толинов облучалась мягким рентгеновским излучением , после чего в пробе был обнаружен аденин , являющийся составным элементом ДНК . Для инфракрасного излучения толины практически прозрачны .

В (довольно тривиально) просимулированной среде юпитерианских толинов, полученных в эксперименте Карлом Саганом , был обнаружен 4- кольцовый хризен , a преобладающими для данной смеси являются полициклические ароматические углеводороды с 4 и более бензольными кольцами , реже с меньшим количеством колец . ПАУ в свою очередь являются гораздо более простыми соединениями, нежели толины .

Широкое разнообразие почвенных бактерий в состоянии использовать толины в качестве их единственного источника углерода . Предположительно, толины были первичной микробной едой для гетеротрофных микроорганизмов перед появлением автотрофов . Существуют теоретические расчёты, исходя из которых микробы, возможно существующие на Титане, употребляют в пищу толины, падающие на них с неба .

Толины за пределами Солнечной системы

Толины были обнаружены в протопланетном диске , окружающем звезду HR 4796 A возрастом 8 миллионов лет, расположенную в 220 световых годах от Земли. Для обнаружения использовалась камера ближней инфракрасной области и многообъектный спектроскоп космического телескопа Хаббл . Полугодом позже, другая группа учёных показала, что довольно близкая спектральная картина, как от толинов, может получаться от мелких пористых частичек из обычных разновидностей космической пыли ( аморфные силикаты , аморфное железо и водный лёд ), указывая тем самым на то, что наличие сложных органических соединений в диске HR 4796A не является обязательным .

См. также

• Кероген
• Гипотеза мира полиароматических углеводородов
• Акрилонитрилбутадиенстирол , сополимер, тоже состоит из углерода, водорода и азота (C _x H _y N _z )
• Альтернативная биохимия

Примечания

Ссылки

• (англ.)
• (от 29 апреля 2014 на Wayback Machine ) (англ.)