Новый способ поиска инопланетян: учёные предлагают смотреть не на состав, а на структуру

Они ищут инопланетную жизнь уже сто лет. Вслушиваются в радиосигналы из космоса. Анализируют атмосферы далёких планет на наличие газов, которые могут указывать на биологические процессы. Метановые столбы на Марсе. Фосфин на Венере. Диметилсульфид в атмосфере экзопланеты K2-18b. Каждый раз — всплеск надежды. И каждый раз — неопределённость. Биологическое или геологическое? Живое или неживое? Отличить одно от другого оказалось едва ли не сложнее, чем сами молекулы обнаружить.

Теперь группа учёных под руководством Гидеона Йоффе из Института Вейцмана в Израиле, включая Фабиана Кленнера из Калифорнийского университета в Риверсайде, предлагает иной подход. Важен не только набор молекул. Важно то, как они организованы.

Что не так с поиском биосигналов

Жизнь производит определённые соединения. Аминокислоты. Пептиды. Белки. Жирные кислоты. Если мы найдём их на другой планете, это будет сильным намёком на существование жизни. Но только намёком. Потому что те же самые молекулы могут образовываться в результате небиологических — абиотических — процессов. Те же самые химические реакции, но без участия живых клеток.

Неопределённость преследует астробиологов на каждом шагу. Метановые столбы на Марсе — результат жизнедеятельности бактерий или вулканической активности? Фосфин в облаках Венеры — биосигнал или неизвестный геохимический процесс? Диметилсульфид в атмосфере K2-18b — ключ к открытию внеземной жизни или ложный след?

Обнаружить биомолекулу недостаточно. Нужно понять, откуда она взялась.

Разнообразие и равномерность как ключ

Исследователи взяли пример из экологии. Там жизнь измеряют двумя параметрами: разнообразием видов и равномерностью их распределения. Чем больше разных видов и чем равномернее они представлены, тем здоровее экосистема.

Ту же логику они применили к молекулам. Команда Йоффе и Кленнера проанализировала около ста наборов данных — с астероидов, из окаменелостей, метеоритов, микробов, почв, а также синтетические лабораторные образцы. Они сосредоточились на двух классах соединений: аминокислотах (строительных блоках белков) и жирных кислотах (части клеточных мембран).

Результат оказался неожиданным. Для аминокислот действует одно правило: когда их производят живые организмы, они более разнообразны и распределены более равномерно, чем когда они образуются в неживых процессах. Для жирных кислот — наоборот: биологические жирные кислоты менее разнообразны и распределены менее равномерно.

Разница есть. И её можно измерить.

Почему это не панацея

Исследователи честно предупреждают о пределах своего метода. Во-первых, он проверен только на двух классах молекул — аминокислотах и жирных кислотах. Аналогичные организационные тенденции могут существовать и для других классов, но это ещё предстоит проверить.

Во-вторых, разнообразие и распределение биомолекул необходимо рассматривать в контексте. Изолированный показатель ничего не значит. Нужно знать, с чем сравнивать.

Этот метод не применить к одиночной молекуле диметилсульфида в атмосфере K2-18b. Мы просто недостаточно знаем об атмосфере этой экзопланеты, чтобы количественно оценить разнообразие и распределение органических соединений. «Для K2-18b одной только DMS было бы недостаточно для нашего анализа — нам потребовался бы более широкий перечень родственных молекул», — говорит Кленнер.

Где этот метод может сработать

Ближе к дому. В Солнечной системе. Где образцы и наборы данных более полные, чем для далёких экзопланет.

Марс. Астробиологи ищут следы жизни, которая могла существовать миллиарды лет назад, когда планета была теплее и влажнее. Окаменелые образцы — если они есть — могли сохранить следы распределения и разнообразия аминокислот и жирных кислот. «Биологические образцы не просто теряют смысл после разложения, — говорит Кленнер. — Некоторая организационная информация может сохраняться, что делает этот подход полезным для изучения древнего Марса».

Европа, спутник Юпитера. Под толстым слоем льда скрывается глобальный океан жидкой воды. Способен ли он поддерживать жизнь? Никто не знает. Миссия Europa Clipper, которая находится на пути к Юпитеру и прибудет в 2031 году, не сможет заглянуть под лёд. Но она сможет изучить места, где океанская вода прорывается на поверхность.

«Один из приборов на борту Clipper, анализатор поверхностной пыли, сможет измерять соотношение содержания органических молекул в крупинках льда, выбрасываемых с Европы, — отмечает Кленнер. — Если будут обнаружены семейства органических молекул, то наш подход, основанный на разнообразии, поможет определить, соответствуют ли эти молекулы абиотической химии или биологической организации».

Что остаётся за пределами метода

Сам по себе этот метод не может подтвердить существование жизни. Обнаружение внеземной жизни — открытие такого масштаба, что потребуется множество независимых доказательств, прежде чем наука сможет быть уверена. Этот метод — не детектор правды. Он — компас. Он может указать, в каких местах искать вероятнее всего. Сократить круг поиска. Отсечь ложные цели.

Фабиан Кленнер формулирует так: «Если молекулярная совокупность не демонстрирует организации, подобной жизни, это может сделать её менее приоритетной целью».

Вопрос, который остаётся за скобками научной статьи

Мы ищем жизнь, как мы её знаем. Аминокислоты, жирные кислоты, пептиды, белки — земная биохимия. Но что, если внеземная жизнь построена на других принципах? На других молекулах? С другой организацией, которую наш метод даже не сможет распознать?

Учёные осознают это ограничение. Они работают с тем, что знают. С тем, что можно проверить. Но вопрос остаётся: мы ищем не инопланетян, а наше зеркальное отражение в космосе. И если жизнь устроена иначе — мы просто пройдём мимо, не заметив. Потому что наша «организация» будет для неё чужой. А её организация — для нас хаосом.

Космический аппарат Europa Clipper уже летит. Через пять лет он достигнет спутника Юпитера. Если он соберёт образцы органических молекул, метод разнообразия и равномерности даст первую подсказку: живое это или неживое. Но окончательный ответ — если он вообще будет — останется за пределами одного прибора. И, возможно, за пределами одного поколения.