В течение десятилетий поиск жизни вне Земли вращался вокруг ключевого вопроса: какие молекулы следует искать ученым на других планетах или спутниках? Новое исследование свидетельствует о том, что важнейшей подсказкой могут быть не сами молекулы, а скрытый связывающий их порядок.
Распределение молекул имеет значение
Фабиан Кленнер, доцент кафедры планетологии Калифорнийского университета в Риверсайде и соавтор исследования, отмечает, что жизнь не только создает молекулы, но и формирует организационный принцип, который мы можем выявить с помощью статистических методов.
Исследователи обнаружили, что аминокислоты в образце вещества, созданном живым существом, значительно разнообразнее и равномерно распределены, чем содержащиеся в абиотических или неживых объектах. В случае же жирных кислот ситуация противоположная: абиотически образованные жирные кислоты распределены более равномерно, чем те, что образуются в результате биологических процессов.
Это исследование является первым, которое доказывает, что этот фундаментальный принцип жизни можно выявить с помощью статистического подхода, не зависящего от какого-либо конкретного прибора. Вместо этого, возможно, эту закономерность можно обнаружить в данных, собранных приборами, которые уже находятся на борту действующих и запланированных космических миссий.
Измерение органической химии в космических миссиях
Эта работа появляется в то время, когда исследование планет вступает в новую фазу, в которой давние вопросы о происхождении жизни и ее распространении во Вселенной наконец-то могут быть проверены с помощью реальных данных наблюдений. Миссии на Марс, Европу, Энцелад и другие миры приносят все более точные данные органической химии. Однако интерпретация этих измерений остается сложной.
Многие соединения, которые играют ключевую роль в биологии на Земле, в частности аминокислоты и жирные кислоты, могут образовываться и в результате небиологических процессов. Их обнаруживали в метеоритах и синтезировали в лабораторных экспериментах, призванных воссоздать условия, подобные космическим. Сам по себе факт обнаружения таких молекул не является достаточным для того, чтобы утверждать о наличии доказательств существования жизни.
Применение статистического метода
Исследователи подошли к проблеме, используя статистическую модель, заимствованную из экологии, где ученые количественно оценивают биоразнообразие, измеряя два свойства: богатство, или сколько видов присутствует; и равномерность, или насколько они равномерно распределены. Йоффе, один из авторов исследования, впервые столкнулся с этим подходом при написании докторской работы по статистике и науке о данных, где показатели разнообразия использовались для выявления закономерностей в сложных наборах данных, включая исследования древних человеческих культур. Команда применила ту же логику к внеземной химии.
Используя около 100 существующих наборов данных, исследователи проанализировали аминокислоты и жирные кислоты, полученные из микроорганизмов, почв, окаменелостей, метеоритов, астероидов и синтетических лабораторных образцов. Биологические образцы неоднократно демонстрировали четкие закономерности организации, отличавшие их от неживой химии. Больше всего исследователей удивила эффективность этого метода, несмотря на его простоту.
Рассматривая образцы таким образом, исследователи смогли с поразительной точностью последовательно отделить биологические образцы от абиотических. Кроме того, они также смогли установить, что материалы биологического происхождения образовывали сплошной спектр от хорошо сохранившихся до деградированных состояний.
«Это действительно было неожиданно, — сказал Клэннер. — Этот метод позволил выявить не только разницу между живым и неживым, но и степень сохранения и изменения».
Даже сильно деградированные биологические образцы сохраняли следы такой организации. Например, окаменевшие скорлупы яиц динозавров, проанализированные в ходе исследования, все еще содержали выявляемые статистические признаки, сформированные древней жизнью.
Новый инструмент для обнаружения внеземной жизни
Исследователи отмечают, что ни один отдельный метод, вероятно, не сможет самостоятельно доказать существование внеземной жизни.
«Любое будущее утверждение об обнаружении жизни потребует многочисленных независимых доказательств, которые следует интерпретировать в геологическом и химическом контексте планетарной среды», — отметил Клэннер.
Однако команда считает, что разработанная методология может стать важным новым инструментом для будущих миссий. Это новый подход, который дает возможность оценить, могла ли где-то в космосе существовать жизнь. Если разные методы будут указывать на одно и то же, это придаст им значительный вес.
По материалам phys.org
