Аминокислоты и энергетические зазоры: новый критерий отличия живого от неживого

В рамках астробиологических исследований аминокислоты традиционно признаются фундаментальными биомаркерами, поскольку они лежат в основе земной жизни и обладают исключительной стабильностью на протяжении геологических эпох. Тем не менее, их обнаружение не является прямым доказательством наличия жизни: эти молекулы могут формироваться абиогенным путем, например, в недрах астероидов или метеоритов, что существенно усложняет интерпретацию находок.

Для решения этой дилеммы был предложен инновационный статистический метод LUMOS (Life Unveiled via Molecular Orbital Signatures). Его работа базируется на анализе энергетических зазоров между высшей занятой и низшей свободной молекулярными орбиталями (HOMO-LUMO gap, HLG) аминокислот, что позволяет эффективно разграничивать биотические и абиогенные образцы.

Живые системы демонстрируют обширный спектр HLG, что обусловлено способностью организмов тонко регулировать химическую активность. Напротив, в неорганической среде этот диапазон значительно уже, что объясняется ограниченностью путей синтеза и отсутствием механизмов восполнения утраченных компонентов.

Эффективность подхода была подтверждена на репрезентативном массиве данных, включающем 87 биологических и 102 абиогенных пробы, а также результаты 43 лабораторных симуляций. Квантово-химическое моделирование выявило, что наличие молекул с HLG ниже 10 эВ характерно исключительно для жизни, при этом общий разброс значений в биотических образцах оказался почти вдвое выше. Статистический анализ продемонстрировал впечатляющую точность: верная классификация была достигнута более чем в 95% случаев.

Особое внимание авторы уделили учету концентрации аминокислот: использование взвешенных показателей позволило еще более явно разделить классы. Применение машинного обучения показало, что одного лишь параметра взвешенной дисперсии HLG достаточно для безошибочной идентификации биологического следа.

Методика LUMOS адаптирована для работы с современным исследовательским оборудованием, включая масс-спектрометры, и может быть интегрирована в будущие миссии по поиску жизни на Марсе, Энцеладе и других небесных телах. Главное преимущество метода — его универсальность: он не привязан к конкретной земной биохимии и способен распознавать признаки жизни даже в экзотических внеземных системах.

Источник: iXBT