Ученые разработали новый метод поиска внеземной жизни, основанный на анализе химических соединений.

Новости МирТесен

Новый метод поиска внеземной жизни был разработан учеными: теперь исследователи будут обращать внимание не на отдельные молекулы, а на их распределение. Дело в том, что органические соединения, связанные с жизнью, формируют узнаваемый «паттерн», который может сохраняться на протяжении миллионов лет, несмотря на разрушение и воздействие радиации. Это достижение может оказаться полезным для будущих миссий на Марс, Европу и Энцелад, где традиционные методы поиска жизни оказываются неэффективными.

Изучение возможности существования жизни за пределами нашей планеты долгое время основывалось на поиске органических молекул, в первую очередь, аминокислот и жирных кислот. Из этих соединений формируются белки и клеточные мембраны. Сложность заключается в том, что подобные вещества могут образовываться не только в живых существах: аминокислоты были обнаружены в метеоритах, астероидах, а также в лабораторных условиях, имитирующих обстановку на ранней стадии развития Солнечной системы. В связи с этим, обнаружение органических соединений само по себе не является неопровержимым подтверждением наличия жизни.

Ранее ученые фокусировались на более незначительных деталях. К числу наиболее распространенных относится — хиральность, уникальное свойство молекулы заключается в том, что она не может совпадать со своим зеркальным отражением в пространстве. На Земле живые организмы преимущественно используют «левые» аминокислоты, в то время как неживая химия формирует смеси, состоящие из левых и правых форм.

Альтернативный метод основан на изотопном анализе, поскольку живые организмы проявляют предпочтение к определенным разновидностям атомов углерода и азота. Тем не менее, эти сигналы весьма чувствительны к воздействию времени, нагрева и радиации, и для их регистрации требуется сложное оборудование, которое не всегда доступно в рамках космических экспедиций.

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, это заставило их переосмыслить подход к решению задачи. Вместо того чтобы искать отдельные молекулы, они сосредоточились на изучении общей структуры химических смесей – на разнообразии соединений и распределении их концентраций. Для этого исследователи проанализировали множество наборов аминокислот и жирных кислот, взятых из различных источников: земных микроорганизмов, древних окаменелостей, морских отложений, гидротермальных источников, метеоритов, астероида Рюгу и даже образцов с астероида Бенну.

Используя математический подход, который обычно применяется для оценки видового разнообразия флоры и фауны, ученые сопоставили составы и способы распределения молекул. В результате было установлено, что смесь с большим количеством различных веществ, распределенных примерно равномерно, демонстрирует высокое разнообразие, в то время как преобладание простых соединений указывает на низкое разнообразие.

Следует подчеркнуть, что образцы, имеющие биологическое происхождение, как правило, характеризуются значительно большей внутренней сложностью по сравнению с неорганическими. В живых организмах метаболизм обеспечивает синтез множества молекул, находящихся в точно выверенных соотношениях. В свою очередь, неживая химия подчиняется иным принципам: термодинамические и кинетические факторы реакций обычно обуславливают преобладание наиболее простых и стабильных соединений.

Даже в сильно поврежденных образцах этот принцип был заметен. Древние породы, возраст которых превышает миллиард лет, и органика, извлеченная из горячих гидротермальных источников, частично потеряли свой биологический признак, однако все еще демонстрировали характеристики, занимающие позицию между органическими соединениями биологического происхождения и полностью неорганическими смесями. Это дало возможность исследователям создать своеобразную систему оценки «химической деградации».

Для жирных кислот ситуация сложилась иначе, однако не менее наглядно. Биологические системы применяют лишь небольшое количество длинных цепей, которые требуются клеточным мембранам, в то время как абиотические процессы формируют более однородные смеси. Таким образом, в некоторых ситуациях жизнь расширяет химическое разнообразие, а в других сужает его для обеспечения клеточных функций.

После этого ученые воспроизвели условия, характерные для Европы – ледяного спутника Юпитера, чья поверхность постоянно подвергается интенсивному воздействию магнитосферы планеты и космических лучей. Выполненные вычисления продемонстрировали, что даже при разрушении некоторых молекул, характерный «паттерн» биологической химии сохраняется в течение продолжительного периода. Со временем образцы обедняются и становятся непригодными для исследования, однако до этого момента они все же могут быть отличимы от неорганических соединений.

Ключевым достоинством новой методики является её универсальность: для работы ею не требуется детальное определение структуры отдельных молекул или измерение изотопов с высокой точностью. Достаточно информации об относительном содержании компонентов в образце – данные, которые уже могут предоставлять различные космические инструменты. Таким образом, данный подход представляется особенно перспективным для будущих миссий NASA и ESA к ледяным планетам Солнечной системы.

Следует осознавать, что сам по себе этот метод не служит доказательством наличия жизни. Вместе с тем, он способен оказаться полезным инструментом для специалистов по астробиологии, в особенности в тех случаях, когда обычные признаки жизни слишком незначительны или подверглись воздействию времени.