Протягом багатьох років провідні космічні агентства світу розробляли інструменти для пошуку позаземних цивілізацій, спираючись на один принцип: біологія завжди залишає після себе конкретні молекули. Вважалося, що достатньо надіслати правильний зонд, знайти потрібні хімічні сполуки, і питання існування життя поза межами Землі вирішиться саме собою.
У традиційному погляді астрофізиків виявили критичний недолік. Ті ж “живі” молекули, включаючи амінокислоти (будівельні блоки для створення білків), можуть формуватися без участі живих організмів — наприклад, у заморожених надрах метеоритів або поблизу глибоководних термальних джерел.
У чому полягає прихована хімічна пастка?
Останніми роками амінокислоти виявлялися і в зразках астероїдного пилу, привезеного з далекого космосу, і в штучних лабораторних сумішах. Саме тому знахідка органіки на іншій планеті ніколи не була безумовним доказом. Хімічні процеси у Всесвіті працюють в обох напрямках, що ускладнює роботу вчених.
Гідеон Йоффе, доктор наук з Наукового інституту Вейцмана в Ізраїлі, запропонував вихід із цього глухого кута. Його команда закликає припинити розглядати кожну молекулу окремо під мікроскопом. Натомість, вважають науковці, слід оцінювати більш широку картину — прихований статистичний патерн того, як саме ці молекули розподілені між собою в загальній масі.
Рішення прийшло з несподіваної сфери: математичних моделей, які земні екологи використовують для підрахунку біорізноманіття в лісах і на коралових рифах. Біологи оцінюють здоров’я екосистеми за двома параметрами — скільки видів тут мешкає і наскільки рівномірно вони розподілені. Галявина з 20 видів квітів в однакових пропорціях виглядає для математики зовсім інакше, ніж поле, де повністю домінує лише один бур’ян.
Як виглядає “паспорт” позаземного життя?
Саме принцип екологічного підрахунку, описаний вище, вчені успішно адаптували для тестування космічних біосигнатур. Справа в тому, що жива природа демонструє сувору вибірковість, яка зовсім не притаманна мертвої хімії:
Амінокислоти. У біологічних зразках різні типи амінокислот розподіляються приблизно в однакових, рівномірних обсягах. У неживій хімії реакції завжди створюють величезну кількість лише кількох своїх “улюблених” видів, повністю ігноруючи інші.
Жирні кислоти. Тут сигнал працює з точністю до навпаки. Живі організми накопичують жирні кислоти короткими парними ланцюгами. Нежива природа натомість породжує хаотичний і максимально однорідний спектр довжин.
Для перевірки теорії автори дослідження прогнали через свій математичний алгоритм понад 100 готових баз даних. Туди входили зразки земних мікробів, глибоководні осадові породи, метеорити, давні скам’янілості та штучна органіка. Результат виявився вражаючим: математика з ідеальною точністю розділила біологію та мертву хімію в кожному окремому випадку.
Більше того, тест навчився визначати рівень деградації. Навіть коли вчені перевірили повністю зруйновані часом кістки та шкаралупи яєць динозаврів, де живих молекул майже не залишилося, алгоритм все ж чітко розпізнав біологічне походження за залишками цифрового сліду.
Що це означає для майбутніх космічних місій?
Головна перевага нового методу — йому не потрібні екзотичні наддорогі прилади або інструменти майбутнього. Математична модель працює на основі відносного вмісту речовин. Ці цифри вже зараз здатні видавати звичайні мас-спектрометри, які встановлені на більшості робочих міжпланетних зондів.
Нову технологію можна застосувати до величезних архівів даних попередніх запусків NASA вже найближчим часом. Крім того, алгоритм планують інтегрувати в системи управління зонда Europa Clipper, який зараз прямує до крижаного супутника Юпітера для дослідження його підлідного океану.
Раніше вважалося, що радіація навколо Юпітера миттєво знищує делікатну органіку на поверхні супутника, роблячи пошуки безглуздими. Моделювання показало: навіть під жорстким облученням унікальний статистичний маркер руйнується дуже повільно. Його сил вистачить, щоб майбутній автоматичний посадковий модуль встиг зачерпнути зразок льоду і впевнено підтвердити наявність позаземного життя.