Группа исследователей, объединившая экспертов в области планетологии и математической статистики, представила инновационный подход к поиску внеземной жизни. Новый метод позволяет выявлять признаки биологической активности, не опираясь на конкретные биохимические модели. Ученые из Института Вейцмана и Калифорнийского университета предложили анализировать математическую структуру молекулярных ансамблей, вместо того чтобы охотиться за узкоспециализированными маркерами вроде белков или фрагментов ДНК. Это решение снимает фундаментальное ограничение современных космических аппаратов, которые зачастую не оснащены сверхчувствительной аппаратурой для анализа изотопного состава или хиральности молекул.
Исследователям удалось сформулировать универсальный статистический закон: он не зависит от земных эволюционных сценариев и способен идентифицировать биологическую организацию материи как таковую. Для применения этого метода достаточно данных, получаемых стандартными масс-спектрометрами — устройствами, уже установленными на марсоходе Curiosity и включенными в научный инструментарий миссии Europa Clipper.
В основе концепции лежит принципиальное различие между живыми системами и неживой природой в способах распределения органических соединений. Абиотические процессы, протекающие в межзвездном пространстве или на безжизненных небесных телах, подчиняются законам термодинамики, формируя простые, закономерные и легко прогнозируемые химические смеси. Жизнь же, напротив, активно противостоит равновесию, затрачивая энергию на поддержание специфического порядка.
Вместо поиска заранее известных молекул, «универсальный детектор» фиксирует математические закономерности, присущие любому живому процессу. Так, аминокислоты биологического происхождения демонстрируют более высокое разнообразие и равномерность распределения, чем их аналоги в космосе. С жирными кислотами ситуация зеркальна: организмы отбирают строго определенные длины молекулярных цепей для создания мембран, из-за чего смесь становится статистически более «избирательной» и упорядоченной по сравнению со случайными природными химическими наборами.
Для количественного описания этого порядка авторы применили адаптированные экологические инструменты — числа Хилла, традиционно используемые в биологии для оценки видового разнообразия. Математик Барак Собер применил эти индексы к молекулярным данным, создав своего рода «фильтр», способный надежно отсеивать признаки биологической организации от случайных космических соединений.
Разработчики акцентируют внимание на том, что алгоритм нацелен на поиск принципа организации, а не конкретных химических соединений: «Этот подход идеально подходит для обнаружения жизни, принципиально отличающейся от земной. Независимо от лежащих в её основе основ, она будет вынуждена подчиняться законам биологического упорядочивания».
Особую значимость методика приобретает для будущих исследований ледяных спутников Юпитера и Сатурна. На поверхности Европы радиационное воздействие стремительно разрушает органику, однако статистический «отпечаток» — распределение сохранившихся фрагментов — остается читаемым даже после воздействия радиации. Моделирование процессов радиолиза подтвердило эффективность метода: он распознает биологический след в образцах, безнадежно поврежденных для других аналитических инструментов. Это дает экспертам NASA и ESA мощный инструмент для интерпретации данных, которые будут получены при анализе шлейфов и гейзеров спутников.
Технология успешно прошла верификацию на широком спектре материалов: от современных микробных культур и почвы до древнейших ископаемых формации Ганфлинт, чей возраст достигает двух миллиардов лет. Алгоритм безошибочно дифференцировал биохимию от состава метеоритов Бенну и Рюгу. Авторы убеждены, что любая гипотеза об открытии жизни потребует подтверждения несколькими независимыми методами, и их статистический подход станет критически важным звеном в этой цепи. Совпадение результатов этого «математического детектора» с данными других приборов — например, анализатора MOMA на борту миссии ExoMars — позволит сделать выводы о наличии внеземной жизни неоспоримыми.
Источник: iXBT
