На протяжении десятилетий поиски внеземной жизни сосредотачивались на одном ключевом вопросе о том, какие именно молекулы следует искать на других планетах и им подобных спутниках?
Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, показывает, что более информативной подсказкой могут оказаться не сами молекулы, а определённый порядок в их распределении.
"Мы пытаемся показывать, что жизнь отвечает не столько за сами молекулы, - говорит Фабиан Кленнер, соавтор работы и доцент кафедры планетологии Калифорнийского университета в Риверсайде. - Жизнь также создаёт определённый принцип их организации, который можно выявить с помощью статистики".
Исследователи обнаружили, что аминокислоты в образцах, сформированных живыми организмами, отличаются большей вариативностью и более равномерным распределением, чем в веществах абиотического, то есть неживого происхождения. Для жирных кислот наблюдается противоположная картина. В абиотических образцах они распределены более равномерно, чем в веществах, созданных биологическими процессами.
Авторы подчёркивают, что это первое исследование, в котором удалось показать, что фундаментальный признак жизни может быть выявлен статистическим методом, не привязанным к какому-либо одному специализированному прибору. Более того, подобный анализ потенциально можно проводить на основе данных, уже собранных инструментами действующих миссий.
Эта работа была проведена именно в тот момент, когда процесс исследования экзопланет вступил в новую фазу своего, развития. Вопросы происхождения жизни и её распространения во Вселенной постепенно переходят из области теоретических рассуждений в сферу проверяемых гипотез. Аппараты, работающие на Марсе, а также перспективные миссии к Европе, Энцеладу и другим мирам, получают всё более детальные данные об органических соединениях внеземных объектов. Однако интерпретация этих измерений остаётся крайне сложной задачей.
Многие соединения, играющие центральную роль в биологии жизни на Земле, включая аминокислоты и жирные кислоты, способны образовываться и без участия живых организмов. Их находили в метеоритах, а также синтезировали в лабораторных экспериментах, воспроизводящих условия космической среды. Поэтому одного лишь обнаружения подобных молекул недостаточно для заявления о существовании жизни.
"Астробиология по своей сути представляет собой криминалистику, - отмечает Гидеон Йоффе, ведущий автор исследования из Института Вейцмана в Израиле. - Мы пытаемся восстановить процессы по неполным уликам, располагая весьма ограниченными данными, которые получают в рамках чрезвычайно дорогих и редких космических миссий".
Для решения этой задачи учёные использовали статистический подход, заимствованный из экологии. В экологических исследованиях биоразнообразие обычно описывают двумя параметрами. Первый параметр - богатство, то есть число присутствующих видов. Второй - равномерность их распределения.
Йоффе впервые использовал этот метод во время работы по статистике и анализу данных. Тогда метрики разнообразия применялись для поиска закономерностей в сложных массивах информации, включая исследования древних человеческих культур. Авторы новой работы решили использовать ту же логику для анализа внеземной жизни.
Используя около ста уже существующих наборов данных, исследователи изучили распределение аминокислот и жирных кислот в микробах, почвах, ископаемых остатках, метеоритах, астероидах и лабораторно синтезированных образцах. Биологические материалы раз за разом демонстрировали характерные организационные структуры, отличающие их от неживой химии.
Особенно неожиданной для авторов оказалась эффективность метода при его относительной простоте.
При таком способе анализа исследователи с высокой надёжностью разделяли биологические и абиотические образцы. Кроме того, им удалось увидеть, что материалы биологического происхождения формируют непрерывный спектр состояний, от хорошо сохранившихся до сильно деградировавших.
"Это действительно оказалось неожиданностью, - отмечает Кленнер. - Метод позволил уловить не только различие между живым и неживым, но и степень сохранности и последующих изменений этого вещества".
Даже сильно разрушенные биологические образцы сохраняли следы этой организации. Например, окаменевшая скорлупа яиц динозавров, изученная в рамках работы, всё ещё содержала статистические сигнатуры, сформированные древними биологическими процессами.
При этом исследователи подчёркивают, что ни один отдельный метод не сможет сам по себе окончательно доказать существование внеземной жизни.
"Любое будущее заявление об обнаружении жизни должно будет опираться на несколько независимых линий доказательств, рассматриваемых в геологическом и химическом контексте конкретной планетной среды", - объясняет Кленнер.
Тем не менее авторы считают, что предложенный ими подход способен стать важным инструментом для будущих космических миссий.
"Наш метод является ещё одним способом оценить то, могла ли где-то существовать жизнь. И если разные методы начинают указывать в одном направлении, это становится особенно убедительным".