Пошук життя за межами Землі має одну фундаментальну проблему: ми знаємо лише один приклад життя — земний. Тому багато сучасних методів намагаються знайти на інших світах речовини, які нагадують земні біомаркери.
Дослідники з Університету Глазго пропонують інший підхід. Замість питання «чи схожа ця молекула на біологічну?» вони пропонують запитувати: «наскільки складно було її створити?» Результати роботи опубліковані в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Життя може видавати себе складністю
Метод базується на так званій теорії складання (Assembly Theory). Вона оцінює, скільки мінімальних кроків потрібно, щоб побудувати молекулу з простіших компонентів. Цей показник називають індексом молекулярного складання (MA).
Ідея досить проста: у неживій природі існує величезна кількість можливих хімічних комбінацій, але дуже складні молекули малоймовірно виникають випадково й до того ж багаторазово. Живі організми, навпаки, використовують інформацію та складні механізми, щоб знову і знову виробляти конкретні структури.
Попередні експерименти вказували на приблизну межу MA близько 15: молекули вище цього значення можуть мати значно більшу ймовірність біологічного походження. Важливо, що для такого аналізу не обов’язково заздалегідь знати, яку саме молекулу шукають.
Мас-спектрометр може оцінити складність
Залишалося головне питання: як виміряти такий показник на іншій планеті чи супутнику?
Команда навчила модель машинного навчання XGBoost аналізувати мас-спектри та оцінювати індекс молекулярного складання безпосередньо за даними приладу. На стандартизованих спектрах із бази NIST модель показала відносну середньоквадратичну помилку близько 0,04 — утричі меншу, ніж у попереднього базового методу з показником 0,12.
Цікаво, що модель частіше недооцінює дуже складні молекули. Для пошуку життя це навіть може бути перевагою: система радше пропустить потенційний сигнал, ніж поспішно оголосить звичайну хімію доказом біології.
У майбутньому такий підхід можна було б використати на посадкових апаратах і роверах. Виявивши незвично складні молекули, автономний прилад міг би позначити ділянку як пріоритетну для подальшого дослідження.
Не лише пошук життя
Дослідження виявило ще одну цікаву можливість. Деякі складні медичні сполуки мають високий індекс складання не тому, що їх створила біологія, а через цілеспрямований синтез людиною.
Це означає, що дуже складні молекули потенційно можуть стати не тільки біомаркерами, а й своєрідними техномаркерами — ознаками технологічної діяльності.
Втім, до практичного застосування методу ще далеко. Результат сильно залежить від налаштувань мас-спектрометра, якості калібрування та способу підготовки зразків. Потрібні стандартизовані бази даних і додаткові випробування в умовах, максимально наближених до космічних місій.
Якщо підхід підтвердить свою надійність, він може змінити саму логіку пошуку інопланетного життя: вченим не доведеться вгадувати, якою має бути чужа біохімія. Вони зможуть шукати сліди процесу, який систематично перетворює просту хімію на надзвичайно складні структури.