Химические признаки могут помочь обнаружить внеземную жизнь, не похожую на нашу
Новый метод распознавания химических свойств живых организмов может помочь нам обнаружить инопланетную жизнь, даже если она функционирует иначе, чем земная. Результаты нового исследования были опубликованы на arXiv.
При поиске инопланетной жизни ученые обычно полагаются на биосигнатуры — вещества или закономерности, которые могут надежно указывать на присутствие живых организмов. Астрономы могут анализировать атмосферы далеких планет в поисках молекулярных биосигнатур. Но многие молекулы, производимые живыми организмами, могут также возникать в результате геологических или химических процессов в отсутствие живых форм.
Новый тест, разработанный Кристофером Карром из Технологического института Джорджии и его коллегами, основан на аминокислотах. Аминокислоты являются строительными блоками белков, сложных молекул, от которых зависит вся жизнь на Земле. Однако аминокислоты — относительно простые молекулы, и они могут существовать в отсутствие жизни: например, их находили в лунной почве, на кометах и метеоритах.
Таким образом, вместо простого обнаружения аминокислот, Карр и его коллеги предположили, что измерение реакционной способности молекул в образце будет более надежным индикатором наличия живых организмов.
В неживой системе молекулы образуются и разрушаются в результате взаимодействия с веществами в окружающей среде, такими как космические лучи или другие молекулы, но более реакционноспособные молекулы с большей вероятностью исчезнут. «Если у вас нет системы, поддерживающей то, что присутствует, то разрушаться будут те вещества, которые более реакционноспособны», — говорит Карр. Живые системы, однако, будут предпочитать сохранять более реакционноспособные молекулы, поскольку они необходимы для химических процессов, поддерживающих жизнь, что приводит к уникальной сигнатуре.
Реакционная способность соединения определяется расположением электронов в молекуле. Более реакционноспособные молекулы имеют меньшую разницу в энергии между самым внешним электроном и следующим доступным пространством, которое будет заполнено дополнительным электроном во время реакции.
Карр и его команда рассчитали эту разницу в энергии для 64 аминокислот, включая многие из тех, которые не используются жизнью на Земле. Затем они определили содержание аминокислот в известных образцах, полученных либо из абиотических источников, таких как метеориты или лунная почва, либо из живых образцов, таких как грибы или бактерии, и использовали свои расчеты молекулярной энергии для построения карты статистического распределения реакционной способности аминокислот. На основе этого они смогли определить вероятность того, что образец является живым или неживым.
Используя этот метод на более чем 200 живых и неживых образцах, они обнаружили, что он позволяет правильно идентифицировать жизнь в 95% случаев. «Прелесть этого подхода в его невероятной простоте», — говорит Карр. «Он легко объясним и напрямую связан с физикой».
Жизнь, если она существует где-либо еще во Вселенной, вероятно, основана на химии углерода и аминокислот и функционирует в соответствии с теми же правилами химической реактивности, что и жизнь на Земле, утверждает Карр, поэтому этот метод должен работать и для внеземной жизни, говорит он. «Жизнь по своей природе должна контролировать, когда, как и где молекулы взаимодействуют и происходят реакции, поэтому для этого потребуются структуры, способные регулировать поток электронов и то, как вещества взаимодействуют электрически», — говорит Карр.
Использование реакционной способности молекул для обнаружения жизни — не новая идея, но измерение реакционной способности в статистическом распределении — это нечто новое, говорит Хендерсон Кливес из Университета Говарда в Вашингтоне. Этот метод мог бы стать частью набора инструментов для обнаружения жизни в будущей космической миссии на Марс или один из спутников Сатурна, например, Энцелад, но для этого потребуется оборудование, способное точно измерять молекулы и их количество, что непросто, говорит Кливес.