Mô hình của một Azotosome kích thước 9 nanomet, cỡ kích thước của một con virut, được cắt ngang để thấy cấu trúc rỗng bên trong.
Sự sống mà chúng ta hiện biết trên trái đất gần như toàn bộ đều được hình thành trên đơn vị cơ bản có cấu trúc dựa trên nước (water-based structures) bao bọc xung quanh tế bào hay còn được gọi là màng tế bào với thành phần cấu tạo chủ yếu là các lớp phốtpho lipit kép (trừ các sinh vật có cấu trúc rất đơn giản như virút..). Các lớp này không chỉ giúp bảo vệ tế bào mà còn làm nhiệm vụ cân bằng dưỡng chất thông qua các quá trình khuếch tán trong môi trưởng nước. Tuy nhiên, một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi chuyên gia về động lực học phân tử hóa học Paulette Clancy mới đây đã sử dụng công nghệ mô phỏng trên máy tính để xây dựng thành công một mô hình của một sự sống mới hoàn toàn khác so với sự sống mà ta vẫn biết. Theo đó, màng tế bào, cấu trúc cơ bản của tế bào sống có thể được tạo ra từ những phân tử không chứa oxi nhưng lại có cơ chế hoạt động tương tự như những lớp màng phốtpho lipit. Thay vì cần môi trường nước, cấu trúc màng tế bào này hoạt động trong môi trường metan lỏng, dạng vật chất tồn tại rất nhiều trên vệ tinh Titan của sao Thổ. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Science Advances mở ra một khái niệm mới về sự sống không cần oxi và nước, mà có thể đang tồn tại trên vệ tinh Titan của Sao Thổ.
Thành phần hóa học cụ thể của lớp màng tế bào này bao gồm các phân tử nitơ, cácbon và hydro, những chất tồn tại phổ biến trên mặt trăng Titan. Tương tự như tên gọi Liposome của một dạng cấu trúc màng tế bào nhân tạo với thành phần chủ yếu là photpho lipit, các nhà khoa học đặt tên cho lớp màng mô phỏng này (theorized cell membrane) là Azotosome. Giống như các Liposome, các Azotosome khi ở trong môi trường metan lỏng cũng tự động sắp xếp lại thành cấu trúc tròn với lớp trong là lớp “kỵ” metan và lớp ngoài là lớp “ưa” metan. Trạng thái này so về độ ổn định và khả năng co giãn, linh hoạt thì không hề thua kém các Liposome ở trong nước. Nhưng thay vì khả năng hoạt động bị giới hạn bởi nhiệt độ đóng băng của nước như các Liposome, các Azotosome mô phỏng này có thể hoạt động trong môi trường metan lỏng với nhiệt độ rất thấp, -180 độ C.
Như đã nói ở trên, Metan lỏng tổn tại rất nhiều trên vệ tinh Titan của sao Thổ, một trong những vệ tinh được xem là có nhiều điểm tương đồng nhất với Trái Đất với lớp khí quyển dày và sự tồn tại của các phân tử hữu cơ phức tạp. Tuy nhiên, nhiệt độ ở trên vệ tinh này cực thấp, chỉ xung quanh khoảng -180 độ C. Do vậy, nếu theo quan niệm cũ, sự sống không thể tồn tại tại bởi tại nhiệt độ đó, nước tất nhiên là đã đóng băng, do đó màng tế bào không thể hình thành và thực hiện các chức năng trao đổi chất.
Trên cơ sở hoạt động của các Azotosome, chúng ta lật lại câu hỏi liệu sự sống có thể tồn tại trên Titan? Lúc này sự sống theo một khái niệm mới thì lại hoàn toàn có cơ sở. Từ danh sách các hợp chất hữu cơ tồn tại trên Titan do NASA khảo sát, nhóm nghiên cứu đã tiến hành sàng lọc và tìm ra một hợp chất có những tính năng như các Azotosome được mô phỏng trên máy tính. Hợp chất này có tên gọi Acrylonitrile. Sự phân bố điện tích bên trong các Acrylonitrile giúp chúng sở hữu khả năng tự lắp rắp (self-assemble) thành cấu trúc “màng” với trạng thái ổn định, có khả năng cao trong việc chống lại sự phân hủy. Hơn nữa, cấu trúc này cũng linh hoạt tương tự như cấu trúc màng tạo thành từ các lớp lipit phôtpho của tế bào trên trái đất. Theo đó, sự tồn tai của các Acrylonitrile sẽ là tiền đề cho sự hình thành và tồn tại của các tế bào - đơn vị của sự sống.
Được biết nghiên cứu lấy cảm hứng từ khái niệm “sự sống không dựa trên nước” trong một tác phẩm khoa học viễn tưởng của nhà văn Isaac Asimov. Lunime, người khởi xướng nghiên cứu này cũng là một chuyên gia về các mặt trăng của sao Thổ và đã từng tham gia khảo sát biển metan trên Titan. Ông luôn bị thôi thúc bởi suy nghĩ về sự tồn tại một sự sống khác trong metan lỏng. Lunime đã phải mất hơn một năm để đi tìm cộng sự trong lĩnh vực mô phỏng hóa học, trước khi gặp Paulette Clancy để giải quyết những nghi vấn của ông. Một điều thú vị là họ bắt tay vào nghiên cứu khi không có môt khái niệm nào về các tiêu chí để lựa chọn chất phù hợp cho cấu trúc màng tế bào. Đồng thời, họ cũng không phải là các chuyên gia trong lĩnh vực sinh vật học hay vũ trụ học. p, Clancy cho biết có lẽ họ thành công là nhờ có những công cụ phù hợp.
Được khuyến khích bởi những thành công bước đầu, nhóm nghiên cứu cho biết trong thời gian tới họ sẽ tìm hiểu về khả năng tái sinh và trao đổi chất của loại màng tế bào dựa trên metan này.
Như vậy, nhiều khi thay vì đi tìm kiếm dựa trên những điều mà chúng ta biết rõ, hãy nhìn vấn đề ở một góc độ khác, chúng ta sẽ thấy nhiều điều thú vị hơn của cuộc sống.
