Sztuczne życie dzieli biosygnaturę z ziemskimi kuzynami

Na początku lat 60. niezależny naukowiec James Lovelock pracował jako konsultant dla NASA, opracowując sposoby analizy atmosfer pozaziemskich. Ta praca doprowadziła go do dramatycznego wniosku, że życie pozostawi niezatarte piętno na chemicznym składzie każdej planety.

Powiedział, że przez miliardy lat procesy życiowe wytworzyłyby mgłę chemikaliów, niepodobną do niczego, co mogłoby powstać w zwykłej równowadze chemicznej.

Posunął się nawet dalej, sugerując, że ta atmosfera i podtrzymywane przez nią życie stworzą rodzaj samoregulującego się systemu, który sam w sobie może być uważany za żywy organizm – hipoteza Gai. Lovelock mówi, że gdy tylko zobaczył pierwszą analizę składu chemicznego marsjańskiej atmosfery, która prawie w całości składa się z dwutlenku węgla i azotu, wiedział, że planeta nie może podtrzymywać życia.

Od tego czasu poszukiwanie biosygnatur stało się ważnym problemem dla astrobiologów. Wiemy na przykład, że życie na Ziemi wytwarza duże ilości tlenu i niewielkie ilości metanu. I że kwasy karboksylowe w ziemskich formach życia mają raczej nieparzystą liczbę atomów węgla, co jest wykorzystywane do identyfikacji zanieczyszczenia w próbkach meteorytów.

Problem polega oczywiście na tym, że mamy do zbadania tylko jeden przykład życia. Tak więc biosygnatury życia na Ziemi mogą być mało przydatne do identyfikacji form życia ET.

Dzisiaj Evan Dorn z California Institute of Technology wraz z kilkoma kumplami proponuje rozwiązanie. Ich ideą jest poszukiwanie mierzalnych właściwości ewolucji, a nie samego życia. Mówią, że taka właściwość powinna być obecna w każdym systemie, który ewoluował.

Jest to ważne, ponieważ naukowcy opracowali kilka systemów, w których zachodzi ewolucja, z których najbardziej znanym są różne próby stworzenia sztucznego życia za pomocą kodu komputerowego i chipów krzemowych. . Taki podpis powinien być obecny zarówno na Ziemi, jak i w silico.

Aby się tego dowiedzieć, Dorn i współpracownicy przyjrzeli się różnym próbkom rozmieszczenia biocząsteczek, takich jak kwasy aminowe i karboksylowe. Porównali ziemski szlam, oczywiście tętniący życiem, z wynikami eksperymentów syntezy aminokwasów, które nie mają życia. Przyjrzeli się nawet składowi meteorytów.

Ich wyniki są interesujące. Odkryli, że rozmieszczenie biomolekuł w przypadku braku życia ogólnie odzwierciedla termodynamiczny koszt ich wytwarzania. Na przykład istnieje znacznie więcej prostych aminokwasów niż złożonych.

Jednak próbki zawierające życie nie są zgodne z tym wzorem. Tam, gdzie złożone biomolekuły odgrywają rolę w procesach życiowych, a zatem przynoszą jakąś korzyść, są one znacznie bardziej powszechne, niż można to wytłumaczyć argumentami termodynamicznymi.

Tego mniej więcej spodziewałaby się większość astrobiologów.

Następnie Dorn i współpracownicy przeprowadzili podobną analizę systemu sztucznego życia o nazwie Avida. W tym świecie budulcem życia są elementy kodu komputerowego realizujące proste instrukcje. Połącz ze sobą kilka instrukcji i masz złożoną cząsteczkę. Jeśli te cząsteczki mają kod, który pozwala im kopiować, mogą się rozmnażać.

Czynniki środowiskowe, takie jak tempo mutacji, są kontrolowane zewnętrznie przez informatyków, którzy również wstrzykują ciągły strumień kodu, który organizmy mogą konsumować podczas ewolucji. Dorn i współpracownicy porównali następnie dystrybucję kodu w światach Avidian przed i po zaistnieniu ewolucji.

Okazuje się, że istoty Avidian odciskają piętno na swoim środowisku tak samo, jak organizmy ziemskie na swoim. Avidianie zapewniają, że pewne fragmenty kodu są preferencyjnie wybierane, dzięki czemu są one znacznie bardziej powszechne w systemie rozwiniętym niż w systemie zaczynającym się od zera.

Dorn i współpracownicy nazywają to biosygnaturą rozkładu liczebności monomerów i stawiają hipotezę, że jest ona wspólna dla wszystkich form życia.

To potencjalnie ekscytujący wynik – istnieje uniwersalna biosygnatura ewolucji, którą można wykorzystać do wykrycia wszelkiego rodzaju wyewoluowanego życia. Nazwij to evopodpisem.

Dorn i spółka twierdzą nawet, że ich evosygnatura może być obiecująca w wykrywaniu obcych biochemii.

Być może. Najpierw ci faceci będą musieli pomyśleć o potencjalnych problemach. Kluczową właściwością biosygnatury jest to, że musi być wynikiem życia, a nie innych zwykłych procesów. Musi być wyjątkowy.

W przeciwnym razie istnieje ryzyko wszelkiego rodzaju fałszywych alarmów (co rzeczywiście miało miejsce w przypadku testów lądowników Viking Mars zaprojektowanych do wykrywania życia).

Wcale nie jest jasne, czy tak jest w przypadku podpisu Dorna i spółki. Chociaż ewolucja bez wątpienia odgrywa kluczową rolę w rozwoju życia, odgrywa również ważną rolę w innych procesach. Na przykład informatycy regularnie wykorzystują proces ewolucji do rozwiązywania problemów, takich jak planowanie fabryk i projektowanie samolotów. Czy te procesy również wykazywałyby mierzalną evosygnaturę?

Za wcześnie, żeby to stwierdzić. Ale Dorn i spółka muszą to sprawdzić.

Oczywiście jest tu też inny problem. To, co podkreśla ta dyskusja, to przede wszystkim trudność w zdefiniowaniu życia. Może się zdarzyć, że nigdy nie znajdziemy biosygnatury ani evosygnatury, która byłaby całkowicie jednoznacznym znakiem życia, a jedynie dobrym wskaźnikiem

Niezależnie od wyniku, nowe podejście polegające na wykorzystaniu aLife do testowania e-podpisów wydaje się ważnym nowym sposobem na zbadanie tego problemu.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1101.1013 : Wzorce dystrybucji liczebności monomerów jako uniwersalny biosygnatura: przykłady z życia naziemnego i cyfrowego

ukryć