Ученые разработали новую экологическую биосигнатуру для поиска жизни
При поиске внеземной жизни ученые часто ищут биосигнатуры — химические вещества или явления, указывающие на существование жизни. Однако признаки жизни на Земле могут не совпадать с признаками в других планетарных средах.
Новая работа команды под руководством профессора Института Санта-Фе Криса Кемпса предлагает решение — экологическую биосигнатуру, способную помочь в обнаружении жизни в кардинально иных условиях. Исследование опубликовано в специальном выпуске Bulletin of Mathematical Biology.
Основа метода: стехиометрия
Исходная идея заключается в использовании стехиометрии (химических соотношений) в качестве биосигнатуры. По словам Кемпса, живые системы демонстрируют удивительно постоянные соотношения в своем химическом составе.
Однако, как отмечает участник исследования Саймон Левин, конкретные элементные соотношения на Земле — результат местных условий и специфических макромолекул (например, белков и рибосом). Задача — обобщить эти закономерности для жизни за пределами нашей планеты.
Ключевые закономерности
Ученые опирались на два закономерных паттерна (скейлинговых закона), наблюдаемых на Земле:
- В отдельных клетках стехиометрия меняется с размером клетки. Например, у бактерий с увеличением размера клетки концентрация белков падает, а концентрация РНК растет.
- Распределение обилия клеток в данной среде следует степенному закону (power-law distribution).
Интеграция этих двух закономерностей в простую экологическую модель привела к третьему выводу: 3. Элементное обилие в частицах по отношению к элементному обилию в окружающей жидкости является функцией размера частиц.
Именно этот третий вывод и формирует новую экологическую биосигнатуру. Вместо поиска отдельных химических веществ, она учитывает математические соотношения между частицами и окружающей их жидкостью. Такие общие математические паттерны могут проявляться в системах, сильно отличающихся от земных.
Практическое применение
Теоретическая модель создана для будущих планетарных миссий. Хизер Грэм, заместитель руководителя Лаборатории агностических биосигнатур NASA, поясняет: если на океанском мире изучить частицы в контексте с их жидкостью, можно определить, подчиняется ли их распределение степенному закону, указывающему на целенаправленный процесс, подобный жизни.
Для практического применения необходимы технологии для сортировки частиц по размеру, которые пока не адаптированы для космических полетов. Однако теория готова, и с появлением нужных инструментов у ученых появится перспективная новая биосигнатура для поиска жизни в ледяных океанах за пределами Солнечной системы.