Более надежные признаки жизни: новые инструменты для поиска жизни на других планетах и спутниках
Миссии NASA «Викинг» в 1976 году впервые попытались найти жизнь на Марсе. Один из трех автоматических экспериментов по обнаружению жизни дал положительный сигнал (метаболизм), но два других — нет. Это породило научные дебаты, которые продолжаются до сих пор.
Однако у этих экспериментов были ограничения:
- Они предполагали, что марсианские микробы будут питаться предоставленными земными питательными веществами.
- Ученые тогда не знали, что поверхность Марса покрыта перхлоратными солями, которые при нагревании (как в экспериментах «Викингов») могут разрушать органические молекулы и производить хлорные газы.
Этот опыт подчеркнул ключевую проблему: шансы обнаружить признаки жизни даже с лучшими технологиями малы без предварительной очистки и подготовки образцов. Особенно это актуально для будущих целей, таких как спутники с солеными подповерхностными океанами — Европа (Юпитер) и Энцелад (Сатурн).
Миниатюрные системы для подготовки проб
С 2013 года команда из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) разрабатывает микрофлюидные системы размером с ладонь для будущих космических аппаратов. Эти системы могут очищать и концентрировать молекулы — индикаторы жизни: аминокислоты, белки, РНК, ДНК.
«Гораздо интереснее думать о детекторе. Но если вы не можете подготовить образцы и оптимизировать их так, чтобы ваш сенсор обнаружил то, что нужно, они бесполезны», — Крис Брэдберн, биолог APL.
Первоначально команда сосредоточилась на системе подготовки для аминокислот. Устройство (~10×10×5 см) использует крошечные шарики, которые в кислом растворе захватывают аминокислоты, позволяя солям и другим примесям уйти в отходы. Затем аминокислоты смываются щелочным раствором для детектирования.
Аминокислоты — неоднозначный биомаркер, так как они встречаются повсюду в космосе (в метеоритах, кометах). Ключевой признак жизни — преобладание одной из двух зеркальных форм («левосторонних» аминокислот, как у всей земной жизни). Однако всегда есть риск ложноположительного сигнала из-за земного загрязнения.
На пути к секвенатору для космоса
Более убедительным доказательством жизни могло бы стать обнаружение и секвенирование длинноцепочечных молекул, таких как ДНК и РНК. Появление нанопоровых секвенаторов (размером с флеш-накопитель) открыло новую возможность.
Такой прибор теоретически может:
- Считывать последовательность любых длинноцепочечных молекул (ДНК, РНК, белки или неизвестные XNA).
- Минимизировать риск ложного срабатывания: последовательности земных организмов были бы узнаваемы.
Однако современные нанопоровые секвенаторы не готовы для космоса: их материалы не выдерживают многолетнего холода и радиации, а сами поры сделаны из белков бактерий Staphylococcus, что создает риск биозагрязнения.
Команда работает над созданием полностью синтетического нанопорового секвенатора и сопутствующей системы подготовки проб. Прогресс есть: для подготовки проб используются звуковые волны для вскрытия клеток и магнитные шарики для выделения длинных молекул. Создание самих синтетических нанопор нужного размера, которые замедляют молекулу для считывания, — более сложная задача.
Новый поиск: миссия к Энцеладу
Недавняя концепция миссии Enceladus Orbilander (орбитер + посадочный модуль) предусматривает поиск нескольких биомаркеров в выбросах гейзеров Энцелада. Хотя конкретные инструменты в концепции не названы, идеи команды APL в нее заложены.
Энцелад — приоритетная цель: под его ледяной поверхностью есть глобальный соленый океан, взаимодействующий с каменным ядром, а в выбросах гейзеров обнаружены органические молекулы.
«На Энцеладе мы готовы сделать следующий шаг и искать признаки жизни», — Шэннон Маккензи, планетолог APL.
Главный вызов для инструментов — низкая концентрация биомолекул в огромном объеме воды океана. Команда APL уже тестирует свою микрофлюидную систему на образцах океанской воды с добавлением аминокислот. Предварительные результаты обнадеживают: система захватывает аминокислоты с различной эффективностью.
Если миссия на Энцелад стартует в середине 2030-х годов, у команды есть время на доработку технологий. Их цель — создать надежный инструмент, который однажды отправится в космос для ответа на главный вопрос: одиноки ли мы во Вселенной.