Учёные из Глазго создали метод поиска внеземной жизни по сложности молекул
Поиск внеземной жизни сталкивается с фундаментальной проблемой: учёным известен только один пример биологии — земная. Все существующие методы ищут химические следы, похожие на те, что оставляет жизнь на Земле. Это сильно ограничивает возможности, ведь неизвестно, какой может быть жизнь в других условиях.
Группа исследователей из Университета Глазго предложила обойти это ограничение, задав другой вопрос: не «похожа ли молекула на биологическую», а «насколько сложно было её собрать». Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Метод основан на теории сборки (Assembly Theory). Она оценивает минимальное число шагов, необходимых для построения молекулы из простых блоков. Этот показатель назвали индексом молекулярной сборки (molecular assembly, MA). Логика простая: в неживой химии случайно могут возникнуть самые разные комбинации, но чем сложнее молекула, тем меньше вероятность, что она появится сама по себе, да ещё и многократно. Жизнь же, наоборот, создаёт одни и те же сложные структуры целенаправленно, используя информацию.
Предыдущие эксперименты показали, что граница между абиотическими и биологическими образцами проходит примерно на уровне индекса сборки около 15. Молекулы выше этого порога с высокой вероятностью имеют биологическое происхождение. Такой подход называют «агностическим биомаркером», потому что он не требует заранее знать, как именно выглядит жизнь.
Практическая сложность — как измерить индекс сборки на другом космическом объекте. Многие будущие миссии к спутникам планет-гигантов, например к Титану или Европе, планируют использовать масс-спектрометры. Но на борту часто стоят простые приборы из-за ограничений по массе и питанию. Исследователи обучили модель машинного обучения XGBoost на стандартных спектрах из базы данных NIST. Модель научилась оценивать молекулярную сборку прямо по одному спектру и снизила относительную среднеквадратичную ошибку втрое — с 0,12 до 0,04.
Приятная особенность модели: она склонна недооценивать очень сложные молекулы. Для детектора жизни это полезно — прибор скорее проявит осторожность, чем ошибочно примет абиотическую молекулу за биомаркер. В перспективе ровер или посадочный модуль смогут автономно находить участки с необычно высокими значениями MA и приоритезировать образцы для изучения или доставки на Землю.
Исследователи также заметили, что некоторые медицинские соединения с высоким индексом сборки — это результат целенаправленного синтеза, а не биологии. На этом основании они предположили, что особо сложные искусственные молекулы могут стать «молекулярными техномаркерами» — признаками технологии, а не жизни.
Пока что метод — доказательство концепции. На точность сильно влияют настройки прибора: в симуляциях изменение энергии почти удваивало ошибку, а одно из сравнений увеличило её более чем в 2,3 раза. Чтобы превратить подход в рабочий инструмент, потребуются стандартизированные базы данных, тщательная калибровка и разделение молекул перед анализом. Авторы считают, что в будущем метод можно совместить с другими технологиями — например, спектроскопией — для дистанционного изучения атмосфер экзопланет. Главная цель — искать не то, что должна производить чужая биология, а следы процесса, который направляет химию к сложным и повторяющимся результатам.
