Учёные, ищущие жизнь за пределами Земли, давно сталкиваются с проблемой: как отличить биологические молекулы от тех, что образуются без участия живых организмов? Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, предлагает необычный подход — вместо поиска отдельных молекул анализировать статистические закономерности в их распределении. «Мы показываем, что жизнь не просто производит молекулы, но и создаёт организационный принцип, который можно увидеть с помощью статистики», — объясняет Фабиан Кленнер, доцент планетологии Калифорнийского университета в Риверсайде.
Исследователи позаимствовали метод из экологии, где для измерения биоразнообразия используют такие показатели, как «богатство» (количество разных видов) и «равномерность» (насколько равномерно они распределены). Применив эту же логику к химическим соединениям, они обнаружили, что аминокислоты в живых системах гораздо разнообразнее и равномернее распределены, чем в небиологических образцах. Для жирных кислот, напротив, характерна противоположная тенденция — меньшая равномерность и разнообразие. Это объясняется функциональной специализацией этих молекул: аминокислоты служат универсальными строительными блоками белков и участвуют в множестве процессов, поэтому их набор разнообразен, тогда как жирные кислоты синтезируются строго контролируемо для поддержания целостности клеточных мембран и выполнения энергетических функций, что приводит к доминированию нескольких основных вариантов. Это первая работа, демонстрирующая, что «подпись» жизни можно выявить только с помощью статистики, без использования специализированных приборов.
Открытие особенно актуально на фоне стремительного развития планетарных миссий: аппараты изучают Марс, Европу (спутник Юпитера) и Энцелад (спутник Сатурна), собирая всё более детальные данные об органической химии. Однако интерпретировать эти сигналы сложно — многие молекулы, связанные с жизнью на Земле, могут образовываться и естественным путём, без участия биологии. Учёные находили их в метеоритах и создавали в лабораториях, поэтому простое обнаружение таких соединений не считается достаточным доказательством. Сейчас данные об органике на Марсе собирает марсоход NASA Perseverance, работающий с 2021 года, с помощью прибора SHERLOC, а также будущий ровер Rosalind Franklin (миссия ExoMars) с прибором MOMA. Для Европы зонд NASA Europa Clipper, запущенный в 2024 году и прибывающий в 2030-м, будет использовать масс-спектрометр MASPEX и спектрометр NIMS для поиска органики в шлейфах, а данные об Энцеладе получены с помощью масс-спектрометра INMS и анализатора пыли CDA с аппарата Cassini, завершившего миссию в 2017 году.
Чтобы проверить свой метод, команда проанализировала около 100 существующих наборов данных — образцы микробов, почв, окаменелостей, метеоритов, астероидов и лабораторных смесей. Результаты превзошли ожидания: статистический подход позволил не только надёжно отличать биологические образцы от абиотических, но и оценивать степень сохранности материала. Даже сильно деградировавшие образцы, такие как ископаемая скорлупа яиц динозавров, сохраняли следы этой организационной структуры.
Для практического использования на борту космических аппаратов метод может быть адаптирован через алгоритмы машинного обучения с низкими вычислительными требованиями, например деревья решений или линейные дискриминанты, работающие на бортовых процессорах. Адаптация включает предварительное обучение модели на наземных данных, использование только ключевых параметров, таких как доля короткоцепочечных жирных кислот или соотношение D/L-аминокислот, и реализацию на FPGA для минимизации задержек и энергопотребления. Это позволяет проводить триажный анализ в реальном времени, отправляя на Землю лишь критичные сигналы для углублённой обработки.
Авторы подчёркивают, что ни один отдельный метод не сможет окончательно доказать существование внеземной жизни. «Любое заявление об обнаружении жизни потребует множества независимых линий доказательств в геологическом и химическом контексте планетарной среды», — отмечает Кленнер. Тем не менее, предложенный статистический подход может стать ценным дополнением к инструментарию будущих миссий. «Если разные методы будут указывать в одном направлении, это станет очень убедительным аргументом», — заключает учёный.
Источник: Scientists discover hidden chemical signature that could reveal alien life