Исследователи из Университета Глазго и Университета штата Аризона разработали метод обнаружения жизни на внеземных планетах. Основанная на молекулярной сборке, она позволяет экспериментально количественно оценить сложность молекул. В будущем ее можно будет использовать в космических миссиях для поиска жизни в других уголках Вселенной.
Существует ли внеземная жизнь? Наши исследования до сих пор не увенчались успехом. Жизнь — это сложный процесс, в котором чередуются и переплетаются огромное количество факторов. Кроме того, молекулы, характеризующие живые существа на других планетах, могут отличаться от тех, которые мы видим на Земле. Это затрудняет установление наличия «жизни» в том виде, в каком мы ее знаем. До сегодняшнего дня.
Теперь у исследователей есть новый инструмент, позволяющий определять молекулярные биосигнатуры, которые позволят им искать во Вселенной жизнь, независимо от того, в какой форме она существует. В работе, недавно опубликованной в журнале Nature Communications, группа ученых описывает универсальный подход к обнаружению жизни. В том числе система, которая может быть легко установлена на космическом зонде для поиска жизни за пределами нашей планеты.
Молекулярная сборка
Теория, лежащая в основе исследования, носит название молекулярной сборки. Она была разработана группой ученых из Университета Глазго под руководством Ли Кронина в сотрудничестве с командой из Университета штата Аризона.
Идея состоит в том, чтобы измерить сложность молекул. «Одна из уникальных характеристик жизни состоит в том, что она строит сложные и маловероятные молекулы», — говорит Калеб Шарф, директор астробиологии Колумбийского университета. «Уловка состоит в том, чтобы оценить эту невероятность». Таким образом, теория сборки может идентифицировать молекулы как биосигнатуры или нет. Для этого она использует известные правила химических путей сборки между молекулами.
Число молекулярной сборки MA
Ученые разработали алгоритм, который присваивает молекулам балл сложности. Этот показатель называется молекулярным сборочным числом, MA, и основан на количестве связей, необходимых для создания молекулы. Поэтому крупные биогенные молекулы должны иметь более высокое число МА, чем более мелкие молекулы или крупные, но небиогенные молекулы.
Этот алгоритм представляет собой первую попытку экспериментального измерения сложности молекул. Он чрезвычайно мощный и может быть испытан в лаборатории на приборах, которые будут включены в будущие космические миссии. Инструмент обнаружения жизни, основанный на этом методе, может быть использован для обнаружения биосигнатур на экзопланетах.
Соавтор исследования Сара Имари Уокер из школы земных и космических исследований ASU заявляет:
Этот метод позволяет идентифицировать живое без необходимости предварительного знания его биохимии. Поэтому его можно использовать для поиска инопланетной жизни в будущих миссиях НАСА. И это формирует совершенно новый экспериментальный и теоретический подход к раскрытию природы того, что такое жизнь во Вселенной и как она может возникнуть из безжизненных химических веществ.
МА на молекулах
Шестнадцать из 2,5 миллиона значений Ма, которые исследователи вычислили для молекул различной сложности.
Проведенные эксперименты
Чтобы протестировать новый метод, исследователи присвоили номер MA базе данных, содержащей примерно 2,5 миллиона молекул. Сотрудничество с НАСА, ASU и командой Глазго показывает, что система работает с образцами со всей Земли и внеземными образцами. Образцы включали некоторые из образцов метеорита Мерчисон и озерных отложений, содержащих окаменелости голоцена (30 000 лет назад) и среднего миоцена (14 миллионов лет назад).
В случае фосфина, обнаруженного на Венере и предполагаемого как признак микробной жизни в атмосфере, молекула имеет наименьшее возможное число MA, равное 1. Это означает, что она никогда не может быть биосигнатурой (не сама по себе).
Только жизнь создает большое количество молекулярных ансамблей
Используя метод молекулярной сборки, ученые показали, что только жизнь способна создавать молекулы с высоким числом МА. Существует также порог для числа МА, за которым жизнь становится необходимой для производства молекулы. Таким образом, можно выделить живые и неживые системы: в зависимости от того, в какой степени они способны собирать очень сложные молекулярные структуры.
Цветовая шкала указывает частоту молекул в заданном молекулярном весе и диапазоне Ма, увеличиваясь от темно-фиолетового до зеленого и желтого. Белые этикетки показывают, как меняется MA для некоторых типов соединений.
Обнаружение инопланетной жизни и понимание химических систем
Молекулярная сборка — особенно эффективный инструмент. Не только для обнаружения присутствия инопланетной жизни в Солнечной системе или на экзопланетах, но и для количественной оценки последствий жизни для химических систем, получая реальные экспериментальные измерения.
«Мы считаем, что это позволит совершенно по-новому подойти к пониманию происхождения живых систем на Земле и в других мирах. И, надеюсь, к идентификации живых систем в лабораторных экспериментах», — говорит Коул Матис, постдокторский исследователь из Университета Глазго. «Если мы сможем понять, как живые системы способны к самоорганизации и производству сложных молекул, мы сможем использовать эти идеи для разработки и производства новых лекарств и материалов».
С полным текстом исследования можно ознакомиться здесь.
Источник:
