To może być najważniejszy trop w polowaniu na obcych. Ślad, który łatwo było przeoczyć
Przez lata poszukiwanie życia poza Ziemią przypominało polowanie na pojedyncze ślady: aminokwasy, związki organiczne, metan, nietypowe proporcje izotopów. Prawdziwa wskazówka może być znacznie subtelniejsza. Życie może zdradzać się nie tylko tym, jakie cząsteczki produkuje, ale tym, jak są one między sobą uporządkowane.
Od dziesięcioleci poszukiwania życia poza Ziemią krążą wokół kluczowego pytania: jakich cząsteczek naukowcy powinni szukać na innych planetach lub księżycach? Nowe badanie, opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy, sugeruje, że najważniejszą wskazówką mogą być nie same cząsteczki, ale ukryty porządek, który je łączy.
Pokazujemy, że życie nie tylko produkuje cząsteczki. Życie tworzy również zasadę organizacyjną, którą możemy zaobserwować, stosując statystykę – powiedział Fabian Klenner, adiunkt nauk planetarnych na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside i współautor badania.
Pytania, które trzeba zdać inaczej
Gdy słyszymy, że na Marsie, w meteorycie albo w lodowych ziarnach wyrzucanych z księżyca Saturna wykryto związki organiczne, łatwo o prosty wniosek. Skoro jest chemia życia, to może było tam życie. Problem w tym, że astrobiologia rzadko daje tak wygodne odpowiedzi.
Aminokwasy, czyli podstawowe składniki białek, oraz kwasy tłuszczowe, ważne elementy błon komórkowych, są kojarzone z biologią, ale nie należą wyłącznie do biologii. Mogą powstawać także bez udziału organizmów żywych. Wykrywano je w meteorytach, uzyskiwano w laboratoriach i opisywano jako naturalny efekt chemii zachodzącej w warunkach przypominających młody Układ Słoneczny. Sam fakt znalezienia takiej cząsteczki nie jest więc dowodem na życie. Jest poszlaką, i to taką, którą trzeba bardzo ostrożnie interpretować.
Właśnie dlatego nowe podejście jest tak ciekawe. Naukowcy nie pytają wyłącznie: „czy w próbce jest aminokwas?”. Pytają raczej: „jak wygląda cały zestaw cząsteczek i czy przypomina układ tworzony przez proces biologiczny?”. To różnica podobna do tej między znalezieniem pojedynczej litery a rozpoznaniem, że litery tworzą zdanie.
Porządek w chemicznym bałaganie
Naukowcy odkryli, że aminokwasy są konsekwentnie bardziej zróżnicowane i równomiernie rozłożone w próbce materiału wytworzonego przez organizm żywy niż te wytwarzanie w sposób nieożywiony. Natomiast w przypadku kwasów tłuszczowych ta zależność się odwraca: kwasy tłuszczowe wytwarzane abiotycznie (w sposób nieożywiony) są rozłożone bardziej równomiernie niż te wytwarzane w procesach biologicznych.
Badanie jako pierwsze dowodzi, że tę fundamentalną zasadę życia można wykryć za pomocą podejścia statystycznego, które nie opiera się na żadnym konkretnym instrumencie. Zamiast tego możliwe jest znalezienie tego wzorca w danych zebranych przez instrumenty znajdujące się już na pokładach obecnych i planowanych misji kosmicznych.
Więcej na Spider's Web:
Mars, Europa i Enceladus to naturalne laboratoria
Praca ta pojawia się w momencie, gdy eksploracja planetarna wkracza w nową fazę, w której od dawna nurtujące pytania o pochodzenie życia i jego powszechność we Wszechświecie mogą wreszcie zostać zweryfikowane za pomocą rzeczywistych danych obserwacyjnych.
Misje na Marsa, Europę, Enceladusa i inne planety dostarczają coraz bardziej zaawansowanych pomiarów chemii organicznej. Jednak interpretacja tych pomiarów pozostaje trudna.
Wiele związków chemicznych o kluczowym znaczeniu dla biologii Ziemi, w tym aminokwasy i kwasy tłuszczowe, może również powstawać w procesach niebiologicznych. Zostały one wykryte w meteorytach i zsyntetyzowane w eksperymentach laboratoryjnych, mających na celu odtworzenie warunków panujących w kosmosie. Samo znalezienie takich cząsteczek nie wystarczy, aby twierdzić, że istnieją dowody na istnienie życia.
CSI Wszechświat
Astrobiologia jest zasadniczo nauką kryminalistyczną. Staramy się wnioskować o procesach na podstawie niekompletnych wskazówek, często dysponując bardzo ograniczonymi danymi zebranymi w ramach misji, które są niezwykle kosztowne i rzadkie – powiedział Gideon Yoffe, badacz podoktorancki w Instytucie Nauki Weizmanna w Izraelu i główny autor badania.
Naukowcy podeszli do problemu, wykorzystując ramy statystyczne zapożyczone z ekologii, gdzie naukowcy kwantyfikują (proces ilościowego ujmowania zjawisk, polegający na zamianie opisowych danych lub obserwacji na wartości numeryczne) bioróżnorodność, mierząc dwie cechy: bogactwo, czyli liczbę gatunków, oraz równomierność, czyli ich równomierne rozmieszczenie.
Yoffe po raz pierwszy zetknął się z tym podejściem podczas pracy doktorskiej z zakresu statystyki i nauki o danych, gdzie wskaźniki różnorodności służyły do odkrywania wzorców w złożonych zbiorach danych, w tym w badaniach nad starożytnymi kulturami ludzkimi.
Zespół zastosował tę samą logikę do chemii pozaziemskiej.
Korzystając z około 100 istniejących zestawów danych, naukowcy przeanalizowali aminokwasy i kwasy tłuszczowe pochodzące z mikroorganizmów, gleb, skamieniałości, meteorytów, asteroid i syntetycznych próbek laboratoryjnych. Próbki biologiczne wielokrotnie wykazywały odrębne wzorce organizacyjne, które odróżniały je od chemii nieożywionej.
Badaczy najbardziej zaskoczyła siła tej metody, pomimo jej prostoty.
Analizując próbki w ten sposób, naukowcy byli w stanie konsekwentnie i z zadziwiającą dokładnością oddzielać próbki biologiczne od abiotycznych. To podejście jest mniej efektowne niż hasło o odkryciu obcych, ale naukowo może być znacznie solidniejsze. Bo jeśli chcemy kiedykolwiek powiedzieć, że znaleźliśmy życie poza Ziemią, nie wystarczy znaleźć składniki. Trzeba jeszcze pokazać, że ktoś albo coś ułożyło je w sposób, którego sama martwa chemia nie potrafi łatwo podrobić.
