Коли ви робите покупки за посиланнями в наших статтях, Future та його партнери з синдикації можуть отримувати комісійні.

Ця стаття була спочатку опублікована тут Розмова. Публікації опублікували статті на Space.com Голоси експертів: рецензії та ідеї,

Коли вчені НАСА відкрили каністру повернення зразка осіріс-рекс Під час місії з відбору зразків астероїдів наприкінці 2023 року вони виявили щось дивовижне.

Пил і каміння, зібрані з астероїда Бенну Він містив багато будівельних блоків життяДо якого входять усі п’ять нуклеотидних основ, які використовуються в ДНК і РНК, 14 із 20 амінокислот, які містяться в білках, і багата колекція інших. органічні молекулиВони складаються в основному з вуглецю та водню і часто утворюють кістяк хімії життя,

Десятиліттями вчені передбачали, що перші астероїди могли доставити на Землю інгредієнти для життя, і ці відкриття здавалися багатообіцяючим доказом.

Ще дивніше те, що ці амінокислоти бенну було поділено майже порівну між «лівосторонніми» та «правосторонніми» формами. Амінокислоти бувають у двох конфігураціях у дзеркальному відображенні, так само, як наші ліва і права руки, які називаються хіральна форма,

На Землі майже вся біологія вимагає ліворукої версії. Якби вчені виявили сильний надлишок лівих у Бенну, це б припустило, що молекулярна асиметрія життя могла бути успадкована безпосередньо з космосу. Натомість майже рівне змішування вказує на іншу історію: уподобання життя до лівої руки, ймовірно, виникло пізніше через процеси на Землі, а не було попередньо надруковано в матеріалі, доставленому астероїдами.

Якщо космічні камені можуть містити знайомі матеріали, але не хімічні «підписи», залишені життям, виявлення справжніх біологічних сигналів стає надзвичайно складним.

Ці відкриття піднімають глибше питання, яке стає більш актуальним у міру появи нових місій цільовий мангалсупутники Марса і океанський світ нашої сонячної системи: Як дослідники виявляють життя, коли лише хімія робить його “живим”? Якщо нежива матерія може виробляти багаті організовані суміші органічних молекул, традиційних ознак, які ми використовуємо для розпізнавання біології, може бути вже недостатньо.

як вчений-обчислювальник Вивчаючи біологічні сигнатури, я прямо стикаюся з цією проблемою. У своїй астробіологічній роботі я запитую, як визначити, досліджуючи інші планети, чи була сукупність молекул створена складною геохімією чи позаземною біологією.

У новому дослідженні в журн PNAS NexusЩоб відповісти на це запитання, ми з колегами розробили структуру під назвою LifeTracer. Замість того, щоб шукати одну молекулу чи структуру, яка б довела присутність біології, ми спробували класифікувати, наскільки ймовірно, що суміші сполук, що збереглися в скелях і метеоритах, мали містити сліди життя, досліджуючи повні хімічні моделі, присутні в них.

Виявлення потенційних біосигнатур

Основна ідея нашої структури полягає в тому, що життя створює молекули з метою, тоді як нежива хімія цього не робить. Клітини повинні зберігати енергію, створювати мембрани та передавати інформацію. неорганічні хімічні речовини Утворений неживими хімічними процесами, навіть якщо його багато, слідує іншим правилам, оскільки він не формується метаболізмом чи еволюцією.

Традиційні підходи до біосигнатури зосереджені на відкритті конкретних сполук, таких як певні амінокислоти або ліпідні структури, або Хіральні переваги, як ліва рука,

Ці сигнали можуть бути потужними, але вони повністю базуються на молекулярних моделях використовується життям на земліякщо ми Припустімо, що інопланетне життя використовує ту саму хіміюМи ризикуємо пропустити біологію, схожу на нашу, але не ідентичну, або неправильно ідентифікувати неживу хімію як ознаки життя.

Результати Бенну підкреслюють цю проблему. Зразок астероїда містив молекули, звичні для життя, але здавалося, що в ньому немає нічого живого.

Щоб зменшити ризик припущення, що ці молекули вказують на життя, ми зібрали унікальний набір даних органічних речовин на лінії розмежування між життям і нежиттям. Ми використовували зразки з восьми вуглецевмісний метеорит У якому зберігається 10 зразків ґрунту та осадового матеріалу Землі, включно з деградованими залишками органічних молекул минулого чи нинішнього життя, а також неорганічної хімії ранньої Сонячної системи. Кожен зразок містив тисячі органічних молекул, багато з яких були присутні в невеликих кількостях і багато з яких не могли бути повністю ідентифіковані.

в NASA Центр космічних польотів імені ГоддардаНаша команда вчених подрібнила кожен зразок, додала розчинник і нагріла його, щоб вилучити органічну речовину – процес, схожий на приготування чаю. Потім ми взяли «чай», що містить вилучену органічну речовину, і пропустили його через дві фільтрувальні колонки. розділена складна суміш органічних молекулПотім органіку заштовхували в камеру, де ми бомбардували її електронами, поки вона не розпалася на дрібніші частини,

Традиційно хіміки використовують ці фрагменти маси як шматочки головоломки, щоб реконструювати кожну молекулярну структуру, але тисячі сполук у кожному зразку представляли собою виклик.

lifetracer

lifetracer Він має унікальний підхід до аналізу даних: він працює, беручи фрагменти фрагментованої головоломки та аналізуючи їх, щоб знайти конкретні шаблони, а не реконструювати кожну структуру.

Він характеризує ці частини головоломки на основі їхньої маси та двох інших хімічних властивостей, а потім упорядковує їх у більшу матрицю, що описує набір молекул, присутніх у кожному зразку. Потім він навчає модель машинного навчання розрізняти метеорити та земні матеріали з поверхні Землі на основі типів молекул, присутніх у кожному з них.

Одна з найпоширеніших форм машинного навчання називається навчанням під наглядом. Він працює, беручи кілька пар входу та виводу як приклади та вивчаючи правило переходу від входу до виводу. Навіть маючи лише 18 зразків як ці приклади, LifeTracer працював надзвичайно добре. Воно послідовно відокремлювало неорганічне походження від органічного.

Для LifeTracer найбільше значення мала не наявність конкретної молекули, а загальний розподіл хімічних відбитків, знайдених у кожному зразку. Зразки метеоритів містять більше летючих сполук – вони легше випаровуються або розпадаються, – що відображає тип хімії, найбільш поширений у холодному середовищі космосу.

Деякі типи молекул, які називаються поліциклічними ароматичними вуглеводнями, були присутні в обох групах, але вони мали чіткі структурні відмінності, які модель могла проаналізувати. Сірковмісна сполука, 1,2,4-тритіолан, виявилася сильним маркером для абіотичних зразків, тоді як наземні матеріали включали продукти, отримані за допомогою біологічного процесу.

Ці відкриття показують, що різниця між життям і нежиттям визначається не однією хімічною підказкою, а тим, як влаштовано цілий набір органічних молекул. Зосереджуючись на шаблонах, а не на припущеннях про те, які молекули має «використовувати» життя, такі підходи, як LifeTracer, відкривають нові можливості для оцінки повернутих зразків. місія на марс, Його супутники — Фобос і Деймос.місяць Юпітера Європа і супутник сатурна Енцелад.

Майбутні зразки, ймовірно, міститиме суміш органічних матеріалів із багатьох джерел, деякі органічні, а інші ні. Замість того, щоб покладатися лише на кілька знайомих молекул, тепер ми можемо оцінити, чи нагадує весь хімічний ландшафт біологію чи випадкову геохімію.

LifeTracer не є універсальним детектором життя. Швидше, це забезпечує основу для інтерпретації складних органічних сумішей. Висновки Бенну нагадують нам, що безпечна для життя хімія може бути широко поширеною в усьому світі Сонячна системаАле сама по собі хімія не дорівнює біології.

Щоб помітити різницю, науковцям знадобляться всі інструменти, які ми можемо виготовити — не лише кращі космічні апарати та прилади, а й кращі способи читання історій, написаних у молекулах, які ми приносимо додому.