V roce 1960 byl na Green Bank Observatory v Západní Virginii uspořádán první průzkum věnovaný hledání mimozemské inteligence (SETI). Byl to projekt Ozma, který byl duchovním dítětem slavného astronoma a průkopníka SETI Franka Drakea (pro kterého Drakeova rovnice se jmenuje). Od té doby se společné úsilí o nalezení důkazů o životě mimo Zemi spojilo a vytvořilo nový obor známý jako astrobiologie .
Hledání mimozemského života se stalo předmětem obnoveného zájmu díky tisícům exoplanet, které byly v posledních letech objeveny. Naše úsilí je bohužel stále silně omezeno naším omezeným referenčním rámcem. Nicméně, nový nástroj vyvinutý týmem výzkumníků z University of Glasgow a Arizona State University (ASU) by mohla ukázat cestu k životu ve všech jeho podobách!
Studie, která popisuje jejich zjištění, která nedávno publikovala v časopise Příroda komunikace ,vedl Prof. Leroy Cronin a jeho tým z Chemická škola na University of Glasgow ve Velké Británii. K nim se připojili příslušníci Beyond Center for Concepts in Fundamental Science na Arizonské státní univerzitě (ASU) a Astrobiologická analytická laboratoř v Goddardově středisku kosmických letů NASA.
Chemický prostor, vizualizovaný. Kredit: Naomi Johnson, Lee Cronin/ASU
Ústředním bodem tohoto nového nástroje je koncept známý jako teorie montáže, který vyvinul profesor Leroy Cronin – profesor chemie Regius – a jeho kolegové z Glasgow's School of Chemistry za pomoci vědců z ASU. Tato teorie popisuje, jak lze odlišit živé systémy od neživých identifikováním komplexních molekul, které jsou produkovány v hojnosti (a nemohou se tvořit náhodně).
Aplikovaná na molekuly, teorie shromáždění identifikuje molekuly jako biologické podpisy založené na tom, co život dělá, ne na tom, co je. Jak Cronin vysvětlil v ASU tisková zpráva :
'Náš systém je první falzifikovatelnou hypotézou pro detekci života a je založen na myšlence, že pouze živé systémy mohou produkovat složité molekuly, které by se nemohly tvořit náhodně v jakémkoli množství, a to nám umožňuje obejít problém definice života.'
Dalším krokem bylo přijít na způsob, jak kvantifikovat tuto složitost, což tým udělal vývojem algoritmu, který by dané molekule přidělil skóre. Toto je to, co je známé jako číslo „molekulárního shromáždění“ (MA), které je založeno na počtu vazeb potřebných k vytvoření molekuly. Přirozeně by velké biogenní molekuly měly vyšší MA než menší molekuly nebo molekuly, které nejsou biogenní (velké nebo malé).
K otestování své metody tým použil svůj algoritmus k přiřazení MA čísel k databázi obsahující asi 2,5 milionu molekul. Poté použili vzorek asi 100 malých molekul a malých proteinových fragmentů (peptidů) k ověření očekávané korelace mezi číslem MA a počtem peptidů, které by molekula vytvořila, jakmile by byla vystavena hmotnostnímu spektrometru – který rozbíjí vzorky na kousky a analyzuje. počet unikátních dílů.
Dojem tohoto umělce ukazuje pohled z planety v systému TOI-178, který obíhá nejdále od hvězdy. Kredit: ESO/L. Calçada/spaceengine.org
Ve spolupráci s NASA tým také zkoumal vzorky z celého světa a některé mimozemské vzorky. Mezi ně patřil fragment Murchisonova meteoritu, uhlíkatého chondritového meteoritu bohatého na organické molekuly, který přistál v Austrálii v roce 1969 (ačkoli vzorek sám o sobě nebyl biologického původu). Prozkoumali také vzorky jezerního sedimentu obsahujícího fosilie z období holocénu (před 30 000 lety) a středního miocénu (před 14 miliony let).
Z toho byl tým schopen ukázat, že život je jediný proces, který dokáže vytvořit molekuly s vysokými čísly MA. Dále zjistili, že existuje práh MA, který, jakmile je překročen, naznačuje, že život je nezbytný k produkci příslušné molekuly. Řekl spoluautor Sara Imari Walkerová ze Školy průzkumu Země a vesmíru na ASU:
„Metoda umožňuje identifikovat život bez nutnosti jakýchkoli předchozích znalostí jeho biochemie. Může být proto použit k hledání mimozemského života v budoucích misích NASA a poskytuje zcela nový experimentální a teoretický přístup, aby konečně odhalil povahu toho, co je život ve vesmíru, a jak se může vynořit z neživých chemikálií.“
„Živé a neživé systémy se od sebe liší mírou, do jaké mohou spolehlivě a v detekovatelném množství sestavovat vysoce složité molekulární struktury,“ dodal. Doug Moore , postdoktorandský výzkumný spolupracovník na Beyond Center v ASU a spoluautorem studie. 'Vydali jsme se ukázat, že tomu tak je, a navrhnout biosignaturu, která je jak biochemicky agnostická, tak prakticky užitečná.'
Umělecký dojem vážky na povrchu Titanu. Poděkování: NASA/Johns Hopkins APL
Tento algoritmus je jedním z prvních nástrojů pro měření složitosti, který je experimentálně ověřitelný, díky čemuž je tento algoritmus obzvláště užitečný při hledání mimozemského života. Jednoduše řečeno, mohl být testován a ověřen v laboratoři pomocí nástrojů určených k začlenění do budoucích misí. Vyvinutím přístupu, který nemůže produkovat falešná pozitiva, budou mít astrobiologové skutečnou šanci na nejhlubší objev v historii našeho druhu.
Kromě astrobiologického výzkumu by tento nástroj mohl pomoci i při studiu toho, jak zde na Zemi vznikl život. Teoretický rámec pro tento nástroj je jednou z prvních technik, které mohou kvantifikovat, jak chemické systémy zpracovávají informace (základní aspekt života). Řekl spoluautor Cole Mathis , absolvent ASU, který je v současné době postdoktorským výzkumníkem na University of Glasgow:
'Myslíme si, že to umožní zcela nový přístup k pochopení původu živých systémů na Zemi, v jiných světech a doufejme i k identifikaci de novo živých systémů v laboratorních experimentech.' Z opravdu praktického hlediska, pokud dokážeme pochopit, jak jsou živé systémy schopny se samy organizovat a produkovat složité molekuly, můžeme tyto poznatky využít k navrhování a výrobě nových léků a nových materiálů.“
Řada misí je v nadcházejících letech určena pro vnější sluneční soustavu, aby hledala život uvnitř. Oceánské světy .“ Pomocí spektrometrů vybavených algoritmem MA čísla mohly mise určené pro Europu, Enceladus a Titan zkoumat atmosféru, povrchy, aktivitu vlečky a metanová jezera a hledat známky molekul, které se vyskytují pouze v přítomnosti života.
Ilustrace povrchu exoplanety Barnard's Star b. Obrazový kredit: M. Kornmesser, ESA.
dodatek:V dřívějším návrhu jsme psali, že algoritmus vyvinutý profesorem Leroyem Croninem (et al.) byl prvním falsifikovatelným prostředkem pro detekci života mimo Zemi. Od té doby jsme se však dozvěděli, že v roce 2013 Dr. Armando Azua-Bustos * a Dr. Cristian Vega-Martínez ** publikoval článek, který podobně navrhl novou metodu hledání života založenou na atributech, které musí být společné všem formám života.
V tomto případě Dr. Azua-Bustos a Vega-Martinez doporučili použít analýzu fraktální matematiky ke kvantifikaci stupně rozdílu entropie v planetárním prostředí, což vědcům umožní rozlišit mezi formami života a jejich podobným abiotickým okolím.
Jejich papír s názvem „ Potenciál pro detekci „života, jak ho neznáme“ analýzou fraktální složitosti “ se objevil v International Journal of Astrobiology, sv. 12, (12. června 2013).
*Katedra planetologie a obyvatelnosti, Centrum astrobiologie (CSIC-INTA), Madrid, Španělsko
** Národní rada pro vědecký a technický výzkum (CONICET), Buenos Aires, Argentina
