Toliny

Toliny (od stgr. θόλος, tholos, ‘muł’) – klasa organicznych kopolimerów powstałych w sposób abiogeniczny. Tworzą się z prostych związków organicznych, takich jak metan i etan, poddanych działaniu promieniowania ultrafioletowego. Toliny nie powstają współcześnie w warunkach naturalnych na Ziemi, ale są szeroko rozpowszechnione na powierzchniach ciał lodowych w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Zwykle mają one kolor czerwonawo-brązowy.

Termin „tolin” stworzyli astronom Carl Sagan i kosmochemik Bishun Khare dla opisu trudnych do scharakteryzowania substancji uzyskanych w eksperymentach typu Millera-Ureya w mieszance gazów odpowiadającej składem atmosferze Tytana^[1]. Nie jest to jeden konkretny związek, ale całe spektrum cząsteczek organicznych, które nadają czerwonawą barwę powierzchniom niektórych ciał planetarnych^[2].

Uważa się, że toliny tworzą się poprzez łańcuch reakcji chemicznych. Rozpoczyna go fotodysocjacja i jonizacja cząsteczkowego azotu i metanu przez wysokoenergetyczne cząstki i promieniowanie elektromagnetyczne. Następnie tworzy się etan, etylen, acetylen, cyjanowodór i inne proste cząsteczki i jony dodatnie. Dalsze reakcje tworzą benzen i inne bardziej złożone cząsteczki organiczne, a ich polimeryzacja prowadzi do tworzenia się aerozolu złożonego z cząsteczek o większych masach, które następnie ulegają koagulacji i osadzają się na powierzchni planetarnej poniżej^[3]. Toliny utworzone przy niskim ciśnieniu zwykle zawierają atomy azotu we wnętrzu cząsteczek, podczas gdy w przypadku tolin powstających pod wysokim ciśnieniem jest bardziej prawdopodobne, że atomy azotu znajdą się na pozycjach końcowych^[4][5].

Te substancje pochodzenia atmosferycznego różnią się od „lodowych tolin”, substancji powstających na powierzchniach ciał lodowych w wyniku napromieniowania lodu zawierającego kompleksy klatratowe, takie jak hydraty metanu i etanu^[6].

Powierzchnie komet, niektórych centaurów, wielu księżyców lodowych i obiektów transneptunowych w zewnętrznym Układzie Słonecznym mają widmo odpowiadające występowaniu tolin. „Toliny trytonowe” i „toliny tytanowe” to bogate w azot substancje organiczne wytwarzane przez napromieniowanie gazowej mieszaniny azotu i metanu w atmosferach tych księżyców. Atmosfera Trytona składa się z azotu z niewielką domieszką metanu i tlenku węgla^[7], podobnie atmosfera Tytana zawiera ponad 90% azotu, a drugim co do rozpowszechnienia związkiem jest metan. Uważa się, że pomarańczowe mgły w atmosferze Tytana zawdzięczają kolor obecności tolin^[8]. Pola wydm w pobliżu równika Tytana są prawdopodobnie złożone ze stałej materii organicznej podobnego rodzaju^[2]. Także powierzchnia Plutona ma czerwonawą barwę, którą zawdzięcza tworzeniu się tolin z mgły w atmosferze tej planety karłowatej^[9][10]. Również inne obiekty transneptunowe, jak plutonek (28978) Iksjon mogą zawierać te substancje na powierzchni^[11].

Widmo podobne do tego, jakie wykazują toliny, wykryto również w dysku wokół młodej gwiazdy HR 4796A o wieku ośmiu milionów lat, za pomocą urządzenia NICMOS (ang. Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Hubble’a^[12]. System HR 4796 jest odległy o około 220 lat świetlnych od Ziemi^[13].

Niektórzy naukowcy spekulują, że w początkach istnienia Ziemi komety zawierające toliny mogły dostarczyć materię organiczną, która była niezbędna dla powstania życia. Mogły tworzyć się także w wyniku wyładowań atmosferycznych^[14]. W eksperymentach laboratoryjnych wykazano, że mogą z nich powstawać m.in. aminokwasy, budulec białek i zasady azotowe nukleotydów^[2]. Toliny nie występują naturalnie na współczesnej Ziemi ze względu na znaczną zawartość wolnego tlenu. Atmosfera ziemska ma właściwości utleniające od czasu wielkiego zdarzenia oksydacyjnego około 2,4 miliarda lat temu.

Toliny w atmosferze mogą skutecznie chronić powierzchnię ciała planetarnego przed promieniowaniem ultrafioletowym. Mogło to mieć znaczenie dla rozwoju organizmów żywych na Ziemi, przed wytworzeniem się warstwy ozonowej^[2][14].

Wiele bakterii żyjących w glebie jest w stanie wykorzystywać toliny jako wyłączne źródło węgla. Uważa się, że toliny mogły być pierwszym pożywieniem mikroorganizmów heterotroficznych, zanim w wyniku ewolucji wykształcił się autotrofizm^[15].

• PAH world hypothesis
• kerogen