Методът не разчита на земната биология

Една от най-големите трудности при търсенето на извънземен живот е, че Земята е единственото място, на което със сигурност знаем, че съществува той. Това означава, че когато учените търсят живот на други светове, те често се ориентират по химични вещества, познати от земните организми.

Изследователи от Университета в Глазгоу предлагат различен подход. Вместо да питат дали дадена молекула прилича на тези, които произвежда животът на Земята, те искат да установят колко трудно е било тя да бъде създадена.

В изследване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences, учените комбинират масспектрометрия и машинно обучение, за да оценяват т.нар. молекулен "сбор" (Molecular Assembly, MA). Методът е част от т.нар. теория на сглобяването, която измерва сложността на молекулите според минималния брой стъпки, необходими за тяхното изграждане.

Търсене на сложна химия, а не на конкретни вещества

Идеята е, че случайните химични процеси могат да създадат огромен брой молекули, но вероятността да произвеждат многократно една и съща изключително сложна структура е малка.

Живите организми обаче използват информация, за да насочват химичните реакции. Така те могат да произвеждат едни и същи сложни молекули отново и отново.

Това може да се превърне в универсален биосигнал, който не зависи от това дали извънземният живот използва същата химия като земния.

Според предишни експерименти границата между биологични и небиологични проби се намира приблизително около индекс на сглобяване 15. Ако дадена молекула има например стойност 40, това означава, че най-краткият път за нейното изграждане съдържа приблизително два пъти повече стъпки в сравнение с молекула със стойност 20.

Това е важно, защото наличието на конкретно вещество само по себе си не доказва съществуването на живот. Метанът например може да бъде произведен от геоложки процеси. Фосфинът във Венерината атмосфера и диметилсулфидът също са привличали внимание като потенциални биосигнатури, но подобни молекули могат да възникват и без участие на организми.

Изкуственият интелект може да помага на космическите мисии

Учените са обучили модел за машинно обучение XGBoost с масспектри от базата данни на Националния институт за стандарти и технологии на САЩ (NIST).

Моделът може да оценява сложността на молекулите само от данни от едностепенна масспектрометрия. Според изследването той е намалил относителната средноквадратична грешка около три пъти спрямо най-добрия използван за сравнение метод - от 0,12 до 0,04.

Това има практическо значение за космическите мисии. Масспектрометрите са сред инструментите, които могат да бъдат изпращани на планети и луни, но космическите апарати имат сериозни ограничения по отношение на енергията, теглото и изчислителната мощност.

В бъдеще марсоход или спускаем апарат може да анализира проби на място и автоматично да отбелязва молекули с необичайно висока сложност. Така учените ще могат да насочват вниманието си към най-интересните проби, вместо да анализират всички данни с еднакъв приоритет.

Подобен подход може да бъде полезен при изследването на Марс, Европа, Енцелад и Титан.

Методът може да търси и извънземна технология

Изследването допуска и още по-интересна възможност. При сравняване на големи бази данни учените откриват медицински вещества с много високи стойности на молекулен сбор.
Тези молекули са изключително сложни, но причината не е биологията, а целенасоченият човешки синтез. Затова авторите предполагат, че особено сложни изкуствени молекули биха могли един ден да се използват като "молекулярни техносигнатури" - химически следи от технологична дейност.

Засега обаче методът е само доказателство за концепцията. Резултатите зависят силно от настройките на масспектрометрите, а различните условия могат значително да увеличат грешката. Някои молекули се разпадат прекалено лесно, докато други трудно се фрагментират, което също може да доведе до неправилна оценка на сложността.

Затова са необходими по-добре стандартизирани бази данни, прецизно калибриране на инструментите и допълнителни методи за анализ. В бъдеще масспектрометрията може да бъде комбинирана с инфрачервена спектроскопия или ядрено-магнитен резонанс.

Ако подходът бъде усъвършенстван, той може да промени начина, по който учените търсят живот извън Земята. Вместо предварително да определят как трябва да изглежда извънземният живот, те биха могли да търсят следи от процес, който систематично насочва химията към необичайно сложни структури.