Este artigo foi publicado originalmente Conversa. Esta publicação contribuiu com o artigo para Space.com Vozes de especialistas: artigos de opinião e insights.
Quando os cientistas da NASA abriram o recipiente de retorno de amostra OSIRIS-REx Missão de amostragem de asteróides no final de 2023, eles encontraram algo surpreendente.
Durante décadas, os cientistas especularam que os primeiros asteróides podem ter fornecido à Terra as matérias-primas para a vida, e estas descobertas parecem ser evidências promissoras.
Ainda mais surpreendente, esses aminoácidos Determinar foram quase igualmente divididos entre padrões “canhotos” e “destros”. Os aminoácidos vêm em duas estruturas espelhadas, como nossas mãos esquerda e direita Padrões quirais.
Na Terra, quase toda a biologia requer versões para canhotos. Se os cientistas tivessem encontrado um forte canhoto em Bennu, isso teria sugerido que a assimetria molecular da vida pode ter sido herdada diretamente do espaço. Em vez disso, a composição quase igual aponta para uma história diferente: que o canhoto da vida emergiu mais tarde através de processos na Terra, em vez de ser pré-implantado em material entregue por asteróides.
As rochas espaciais podem transportar materiais familiares, mas sem a “assinatura” química que a vida deixa para trás, identificar verdadeiros sinais de vida torna-se mais complicado.
Estas descobertas levantam uma questão mais profunda – que se torna mais urgente à medida que novas tarefas Destino terça-feiraLuas de Marte e o Mundos marinhos do nosso sistema solar: Como os pesquisadores encontram a vida quando apenas a química começa a parecer “realista”? Se os seres inanimados puderem formar combinações ricas e organizadas de moléculas orgânicas, os símbolos tradicionais que usamos para reconhecer a biologia já não serão suficientes.
como Um cientista computacional Estudando assinaturas biológicas, enfrento esse desafio de frente. No meu trabalho de astrofísica, ao estudar outros planetas, pergunto como determinar se um conjunto de moléculas foi formado por uma geoquímica complexa ou por uma biologia extraterrestre.
Em um novo estudo publicado na revista Nexus do PNASMeus colegas e eu desenvolvemos uma estrutura chamada LifeTracer para ajudar a responder a essa pergunta. Em vez de procurar uma única molécula ou estrutura que comprove a presença de vida, tentámos caracterizar as combinações de compostos preservados em rochas e meteoritos que possam conter vestígios de vida, examinando as suas formas químicas completas.
Identificando possíveis bioassinaturas
A ideia chave por trás da nossa estrutura é que as moléculas vivas se formam com um propósito, enquanto a química inanimada não. As células devem armazenar energia, construir membranas e transmitir informações. Química abiótica Produzido por processos químicos inanimados, embora abundante, segue regras diferentes porque não é concebido pelo metabolismo ou pela evolução.
As abordagens tradicionais de bioassinatura concentram-se na busca de compostos específicos, como aminoácidos específicos ou estruturas lipídicas. Preferências quirais, como canhoto.
Esses sinais podem ser poderosos, mas são inteiramente baseados em padrões moleculares Usado pela vida na Terra. Se nós Vamos supor que a vida alienígena use a mesma químicaPodemos sentir falta de uma biologia que é semelhante – mas não idêntica – à nossa própria biologia, ou identificar erroneamente a química sem vida como um sinal de vida.
Os resultados do Bennu destacam esse problema. A amostra do asteróide contém moléculas familiares à vida, mas nenhuma delas parece estar viva.
Para minimizar o risco de confundir estas moléculas com indicativas de vida, recolhemos um conjunto de dados único de matéria orgânica na linha divisória entre vida e não-vida. Usamos amostras de oito Meteoritos ricos em carbono Ele preserva a química abiótica do início do sistema solar, bem como 10 amostras de solo e materiais sedimentares da Terra, contendo restos de moléculas biológicas decompostas de vidas passadas ou presentes. Cada amostra contém dezenas de milhares de moléculas orgânicas, muitas com baixa abundância e muitas cujas estruturas não podem ser totalmente identificadas.
e da NASA Centro de Voo Espacial GoddardNossa equipe de cientistas triturou cada amostra, adicionou um solvente e aqueceu-a para extrair a matéria orgânica – um processo semelhante ao preparo do chá. Depois pegamos o “chá” contendo a matéria orgânica extraída e passamos por duas colunas de filtração Separando uma mistura complexa de moléculas orgânicas. Depois, os compostos orgânicos foram empurrados para uma câmara onde os bombardeámos com electrões até se partirem em pequenos pedaços.
Tradicionalmente, os químicos usam esses fragmentos de massa como peças de um quebra-cabeça para reconstruir cada estrutura molecular, mas ter dezenas de milhares de compostos em cada amostra tem sido um desafio.
LifeTracer
LifeTracer Uma abordagem única para análise de dados: funciona pegando peças fragmentadas do quebra-cabeça e analisando-as para encontrar padrões específicos, em vez de reconstruir cada estrutura.
Ele classifica essas peças do quebra-cabeça por sua massa e duas propriedades químicas e depois as organiza em uma matriz maior que descreve o conjunto de moléculas presentes em cada amostra. Em seguida, ele treina um modelo de aprendizado de máquina para distinguir meteoritos da superfície da Terra e materiais terrestres com base no tipo de moléculas em cada um.
Uma das formas mais comuns de aprendizado de máquina é chamada de aprendizado supervisionado. São necessários vários pares de entrada e saída como exemplos e aprende uma regra para ir da entrada à saída. Mesmo com apenas 18 amostras como exemplos, o LifeTracer teve um desempenho notável. Continuou a separar a origem abiótica da biótica.
O mais importante para um traçador de vida não é a presença de uma molécula específica, mas a distribuição global das impressões digitais químicas encontradas em cada amostra. As amostras de meteoritos contêm compostos altamente voláteis – aqueles que evaporam ou se decompõem mais facilmente – representando o tipo de química mais comum no ambiente frio do espaço.
Certos tipos de moléculas chamadas hidrocarbonetos aromáticos policíclicos estavam presentes em ambos os grupos, mas apresentavam diferenças estruturais distintas que puderam ser analisadas na amostra. Um composto contendo enxofre, 1,2,4-tritiolano, emergiu como um forte marcador para amostras abióticas, enquanto os materiais terrestres continham produtos formados através de processos biológicos.
Essas descobertas mostram que a diferença entre organismos vivos e não vivos não é definida por uma única pista química, mas pela forma como todo o conjunto de moléculas orgânicas está organizado. Ao focar em padrões em vez de suposições sobre quais moléculas a vida “deveria” usar, abordagens como o LifeTracer abrem novas possibilidades para avaliação de modelos. Viagens para Marte, Suas luas são Fobos e DeimosJúpiter é a lua Europa e lua de Saturno Encélado.
Amostras futuras podem conter compostos orgânicos de múltiplas fontes, algumas biológicas e outras não. Em vez de depender apenas de algumas moléculas familiares, podemos agora avaliar se toda a paisagem química é biológica ou geoquímica estocástica.
LifeTracer não é um detector de vida universal. Em vez disso, fornece uma base para a interpretação de compostos orgânicos complexos. As descobertas de Bennu lembram-nos que a química que sustenta a vida pode estar generalizada sistema solarMas essa química por si só não equivale à biologia.
Para perceber a diferença, os cientistas precisarão de todas as ferramentas que pudermos construir – não apenas de melhores naves espaciais e instrumentos, mas de melhores formas de ler as histórias escritas nas moléculas que trazem para casa.
