Op de maan lijken chemische processen te spelen die op de aarde heel belangrijk zijn geweest voor het ontstaan van leven.

Levende cellen op aarde bezitten celmembranen. Eén van de belangrijkste elementen van zo’n celmembraan is de dubbele fosfolipidenlaag die binnenkant van de cel scheidt van de buitenkant. In 2015 vroegen onderzoekers zich af of op Titan – de ijzige maan van Saturnus – ook fosfolipidenlagen konden ontstaan. Het antwoord was: ja, als de maan acrylonitril bezit. Dit chemische stofje zou – onder de omstandigheden op Titan – stabiele, flexibele structuren kunnen vormen die sterk lijken op celmembranen.

Wetenschappers vinden Titan met name interessant, omdat de omstandigheden op de maan in grove lijnen overeenkomen met die op de jonge aarde. Door te kijken wat er op Titan allemaal gebeurt, kunnen we meer te weten komen over de ingrediënten die op de jonge aarde voorkwamen en hoe deze uiteindelijk leidden tot het ontstaan van leven op aarde. “Naarmate onze kennis van Titans chemie groeit, wordt steeds duidelijker dat complexe moleculen van nature ontstaan in omgevingen die vergelijkbaar zijn met die op de jonge aarde, maar er zijn ook belangrijke verschillen,” benadrukt onderzoeker Martin Cordiner. Zo is Titan veel kouder dan de aarde ooit is geweest, waardoor het water aan het oppervlak bevroren is. Ook zijn er sterke aanwijzingen dat de jonge aarde hoge concentraties CO2 herbergde, terwijl Titan die niet heeft. Daarnaast weten we dat de korst van de jonge aarde heel wat te verstouwen heeft gehad, met vulkaanuitbarstingen en planetoïde-inslagen, terwijl de ijzige korst op Titan onaangeroerd lijkt te blijven.

ALMA
Grote vraag was echter of acrylonitril eigenlijk wel op Titan voorkwam. Het Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) komt nu met het verlossende antwoord. De telescoop heeft in de atmosfeer van Titan grote hoeveelheden acrylonitril gevonden. Het bevindt zich zeer waarschijnlijk in de stratosfeer: het nevelige deel van de atmosfeer dat verantwoordelijk is voor de oranjebruine kleur die Titan lijkt te hebben. “We hebben overtuigend bewijs gevonden dat acrylonitril aanwezig is in de atmosfeer van Titan en we denken dat een significante hoeveelheid van dit ruwe materiaal het oppervlak bereikt,” stelt onderzoeker Maureen Palmer.

Azotosoom
In 2015 stelden onderzoekers voor dat acrylonitril-moleculen samen een materiaal konden vormen dat sterk doet denken aan een celmembraan. De moleculen zouden samen een holle, microscopisch kleine bol vormen die zij een ‘azotosoom’ noemden. In die bol kunnen – net als in cellen – stofjes worden opgeslagen en getransporteerd. “De mogelijkheid om een stabiel membraan te vormen dat de interne omgeving scheidt van de externe omgeving is belangrijk, omdat het een manier is om chemische stoffen lang genoeg vast te houden om een interactie (tussen die cellen, red.) mogelijk te maken,” legt onderzoeker Michael Mumma uit. “Als membraan-achtige structuren gevormd kunnen worden door vinylcyanide (een andere naam voor acrylonitril, red.), zou dat een belangrijke stap zijn in de reeks stofwisselingen die nodig is voor leven op Saturnus’ maan Titan.”

Hoge concentraties
De onderzoekers troffen acrylonitril in hoge concentraties (2,8 deeltjes per miljard) aan in de atmosfeer van Titan. Het stofje bevindt zich met name overvloedig in de stratosfeer, op een hoogte van minimaal 200 kilometer. Uiteindelijk weet het acrylonitril waarschijnlijk lagere delen van de atmosfeer te bereiken. Daar condenseert het, waarna het op het oppervlak van de maan regent. De onderzoekers berekenden ook hoeveel acrylonitril door de tijd heen afgezet wordt in het op één na grootste meer van Titan: Ligeia Mare. Afgaand op de leeftijd van Titan zou Ligeia Mare door de tijd heen genoeg acrylonitril hebben verzameld om ongeveer 10 miljoen azotosomen in elke millimeter (of kwart theelepel) vloeistof te vormen. “De detectie van dit ongrijpbare, astrobiologisch gezien relevante chemische stofje is opwindend voor wetenschappers die staan te springen om te bepalen of leven zich kan ontwikkelen op ijzige werelden zoals Titan,” merkt onderzoeker Martin Cordiner op.

Astronomen zijn nog lang niet klaar met Titan. “We blijven ALMA gebruiken om Titans atmosfeer verder te observeren,” vertelt onderzoeker Conor Nixon. “We zijn op zoek naar nieuwe en complexere organische moleculen en bestuderen de circulatie in de atmosfeer van de maan.” Naar verwachting zullen krachtigere telescopen in de toekomst een nog nauwkeuriger beeld geven van Titan en de prebiotische chemische processen die op deze maan spelen.