Новый молекулярный тест может найти внеземную жизнь, даже не похожую на нашу
Новый метод распознавания химических свойств живых организмов может помочь нам обнаружить внеземную жизнь, даже если она устроена иначе, нежели наша.
В поисках инопланетной жизни ученые обычно полагаются на биосигнатуры — вещества или закономерности, которые могут надежно указать на присутствие живых организмов. В поисках молекулярных биосигнатур анализируются, например, атмосферы далеких планет. Но многие молекулы, производимые живыми существами, могут возникать и в результате геологических или химических процессов в отсутствие каких-либо форм жизни.
Астробиологи из Технологического института Джорджии (Georgia Tech) разработали молекулярный тест для поиска внеземной жизни, в том числе и таких ее форм, которые могут отличаться от привычной нам. Он основан на реакционной способности аминокислот.
Из аминокислот, как известно, состоят белки — основа жизни на Земле. Но сами аминокислоты — соединения сравнительно несложные и могут встречаться без участия жизни: например, они найдены в лунном грунте, на кометах и метеоритах. Поэтому в качестве индикатора новый тест использует не факт наличия аминокислот, а их свойства.
Различие живых и неживых молекул
В неживой системе молекулы образуются и разрушаются в результате реакций с окружающей средой — например, с космическими лучами или другими молекулами. При этом более реакционноспособные молекулы исчезают быстрее. «Если в системе нет механизмов, поддерживающих ее состав, то разрушаться в первую очередь будут самые активные молекулы», — объясняет Кристофер Карр из Школы аэрокосмической инженерии Georgia Tech, руководивший исследованием.
Живые же системы, напротив, будут избирательно сохранять более активные молекулы, поскольку они необходимы для химических процессов, поддерживающих жизнь, что и создает уникальный сигнатурный признак.
Реакционная способность соединения определяется расположением электронов в молекуле. Более активные молекулы имеют меньшую разницу в энергии между самым внешним электроном и следующим доступным уровнем, который мог бы быть занят дополнительным электроном в ходе реакции.
Эту разницу в энергии рассчитали для 64 аминокислот, включая многие из тех, что не используются жизнью на Земле. Затем изучили данные о содержании аминокислот в известных образцах, которые происходили либо из абиотических источников (например, метеориты или лунный грунт), либо из живых образцов (например, грибы или бактерии). На основе этих расчетов построили статистическое распределение реакционной способности аминокислот и присвоили каждому образцу оценку вероятности его биогенного или абиогенного происхождения.
Авторы протестировали свою разработку на более чем 200 образцах живой и неживой природы, результатами чего поделились в препринте на arXiv. Методика позволяет правильно идентифицировать жизнь в 95% случаев.
«Красота этого подхода в его невероятной простоте. Он легко объясним и напрямую связан с фундаментальными законами физики», — говорит Карр.
Общие законы для разных форм жизни
По его мнению, если жизнь где-то во Вселенной и существует, она, скорее всего, основана на химии углерода и аминокислотах и подчиняется тем же законам химической реакционной способности, что и жизнь на Земле. Следовательно, этот метод должен работать и для обнаружения внеземных форм жизни.
«Жизни по своей сути необходимо контролировать, когда, как и где взаимодействуют молекулы и протекают реакции, а для этого нужны структуры, способные регулировать поток электронов и взаимодействие веществ на электрическом уровне», — подчеркивает Карр.
Идея оценки реакционной способности молекул для поиска жизни уже предлагалась, новизной здесь отличается подход с измерением ее статистического распределения, заметил химик Хендерсон Кливз из Университета Говарда в Вашингтоне. По его словам, этот метод мог бы войти в набор инструментов для поиска жизни в будущих космических миссиях на Марс или один из спутников Сатурна, например Энцелад. Однако для этого потребуется оборудование, способное точно измерять молекулы и их содержание, что само по себе весьма непросто.
