Учени от Университета в Глазгоу разработват нов подход за търсене на извънземен живот, който не разчита само на познати от Земята химични вещества. Вместо да търсят молекули, които изглеждат „биологични“ според земните стандарти, изследователите предлагат да се измерва колко трудно е било дадена молекула да бъде създадена.
Методът е представен в изследването „Molecular Assembly as a Universal Biosignature Measurable by Mass Spectrometry“, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Какво представлява „молекулното сглобяване“
Подходът комбинира масспектрометрия и машинно обучение, за да оцени т.нар. „молекулно сглобяване“ – molecular assembly, или MA. Концепцията произлиза от теорията на сглобяването, при която молекулярната сложност се определя чрез минималния брой стъпки, необходими за изграждането на дадена молекула.
Според тази логика, когато изключително сложни молекули се появяват многократно и в големи количества, това може да подсказва за процес, който насочва химичните реакции към определени резултати. Така молекулното сглобяване би могло да се използва като „агностичен“ биосигнал, който не зависи от предположението, че извънземният живот трябва да използва същата химия като земния.
Защо познатите биосигнали не винаги са достатъчни
Търсенето на живот извън Земята често се съсредоточава върху съединения като метан, фосфин и диметилсулфид. Проблемът е, че подобни вещества невинаги имат биологичен произход. Метанът например може да възникне и в резултат на геоложки процеси. Диметилсулфидът е силно свързан с живота на Земята, но е откриван и в кометен материал и е получаван при лабораторни експерименти, симулиращи условията на ранната Земя. Затова самото наличие на определена молекула не показва непременно как е била създадена.
Според теорията на сглобяването учените изчисляват най-краткия възможен път за изграждане на една молекула от по-прости елементи. Молекула с MA 40 например има най-кратък път за изграждане, който е два пъти по-дълъг от този на молекула с MA 20.
Логиката е, че при ненасочена химия съществуват огромен брой възможни молекулярни структури. Колкото по-сложна е една молекула, толкова по-малка става вероятността тя да бъде създавана многократно по случаен начин. Предишни експерименти, цитирани в изследването, поставят приблизителна граница между абиотични и биологични проби около индекс на сглобяване 15.
Потенциално приложение на Марс, Европа, Енцелад и Титан
Едно от предимствата на метода е, че учените не би трябвало задължително да знаят какво представлява дадена молекула, за да установят, че тя е необичайно сложна. Това може да бъде полезно при бъдещи мисии до Марс, Европа, Енцелад или Титан, където космическите апарати могат да попаднат на съединения, които са редки или непознати на Земята.
За целта изследователите са обучили модел XGBoost със стандартизирани масспектри от Chemistry WebBook на Националния институт за стандарти и технологии на САЩ. Моделът се е научил да прогнозира молекулното сглобяване директно от данни, получени чрез едностепенна масспектрометрия.
Машинното обучение намалило грешката три пъти
Според изследването моделът е намалил относителната средноквадратична грешка от 0,12 до 0,04 спрямо най-добре представилия се базов модел. Учените отбелязват и че системата има тенденция да подценява молекулите с особено високи стойности на MA. При търсене на живот това може да бъде предимство, защото моделът би бил по-скоро консервативен, вместо погрешно да определя дадена молекула като изключително силен биосигнал.
Изследването очертава и по-спекулативна възможност. При анализ на големи бази данни учените са открили няколко медицински съединения с необичайно високи стойности на MA. Тяхната сложност не е резултат само от биологични процеси, а и от целенасочен човешки синтез. Това е накарало екипа да предположи, че особено сложни изкуствени молекули могат да служат като „молекулярни техносигнатури“ – химически следи за наличие на технология.
Методът все още е доказателство за концепцията
Изследователите подчертават, че подходът все още не е готов детектор за извънземен живот. Настройките на инструментите могат силно да влияят върху резултатите. При симулации промяната на енергиите на ударите почти удвоява грешката, а в един от тестовете тя нараства повече от 2,3 пъти.
Молекули, които се разпадат необичайно лесно, могат да доведат до надценяване на степента на сглобяване, докато устойчивите на фрагментация молекули могат да бъдат подценени. Затова учените определят работата си като доказателство за концепцията. За бъдещо приложение ще бъдат необходими стандартизирани бази данни, прецизно калибриране на инструментите и допълнителни аналитични методи. Според авторите машинното обучение все още е в начален етап при търсенето на живот, но притежава значителен потенциал за бъдещи космически мисии.
Присъединете се към нашия Телеграм