Поиск жизни за пределами Земли всё чаще становится одной из главных задач современной космонавтики. В ближайшие десятилетия автоматические станции отправятся к ледяным спутникам планет-гигантов, а новые космические телескопы смогут изучать атмосферы экзопланет с беспрецедентной точностью. Однако перед исследователями стоит серьёзная проблема: многие химические вещества, которые принято считать возможными признаками жизни, способны образовываться и без участия живых организмов.
Чтобы избежать подобных ошибок, группа учёных разработала специальную систему оценки так называемого «абиотического фона» — набора химических процессов, которые происходят на небесном теле без участия биологии. Такой подход позволит значительно увереннее отличать реальные следы жизни от результатов обычной геологической активности.
Почему искать жизнь так сложно
На первый взгляд задача кажется достаточно простой.
Если на другой планете обнаружены органические вещества или метан, значит там могла существовать жизнь.
Однако в действительности всё значительно сложнее.
Многие химические соединения способны образовываться естественным путём.
Например, взаимодействие воды с горными породами, вулканическая активность или другие геохимические процессы могут производить вещества, которые внешне очень напоминают продукты жизнедеятельности микроорганизмов.
Именно поэтому одной находки метана или органических молекул уже недостаточно, чтобы заявить об обнаружении внеземной жизни.
Что такое абиотический фон
Исследователи предлагают сначала определить, каким должен быть химический состав небесного тела, если на нём никогда не существовало жизни.
Такой набор естественных процессов называют абиотическим фоном.
Иными словами, это своеобразная отправная точка, показывающая, какие вещества могут возникнуть исключительно благодаря физике и геологии.
Только после определения этого естественного уровня можно оценивать, действительно ли обнаруженные соединения требуют биологического объяснения.
Главные цели — ледяные океанические миры
В качестве примера исследователи выбрали Энцелад — небольшой спутник Сатурна.
Несмотря на скромные размеры, этот мир считается одним из наиболее перспективных мест для поиска жизни.
Под ледяной поверхностью Энцелада скрывается глобальный океан жидкой воды.
Кроме того, космические аппараты уже обнаружили мощные гейзеры, выбрасывающие воду, лёд, соли и органические вещества далеко в космос.
Это означает, что изучать содержимое подлёдного океана можно даже без бурения ледяной коры.
Подобные условия существуют и на Европе — спутнике Юпитера, который также считается одним из главных кандидатов на наличие внеземной жизни.
Почему метан не всегда означает жизнь
Метан давно рассматривается как один из наиболее перспективных биомаркеров.
На Земле значительная часть этого газа образуется благодаря микроорганизмам.
Но существует важное исключение.
Определённые химические реакции между водой и минералами способны синтезировать метан без какого-либо участия живых существ.
Если не учитывать подобные процессы, можно сделать ошибочный вывод о существовании жизни там, где её никогда не было.
Изотопы помогают искать происхождение вещества
Исследователи уделили особое внимание не самому метану, а соотношению различных изотопов углерода в его составе.
Живые организмы обычно предпочитают использовать более лёгкий изотоп углерода — углерод-12.
Из-за этого образующийся ими метан имеет характерный изотопный состав.
Однако расчёты показали, что некоторые геологические процессы способны создавать очень похожие значения.
Именно поэтому одного только анализа изотопов может оказаться недостаточно для окончательного вывода.
Не менее важны аминокислоты
Вторая часть исследования посвящена аминокислотам.
Это молекулы, из которых состоят белки всех известных земных организмов.
Интересно, что почти вся жизнь на Земле использует аминокислоты только одной пространственной ориентации — так называемой левосторонней формы.
Такое свойство считается одним из возможных признаков биологических процессов.
Но даже этот признак не идеален
Авторы исследования выяснили, что в подлёдном океане подобные молекулы постепенно теряют первоначальную структуру.
Под действием времени и температуры их пространственная ориентация начинает изменяться.
В итоге первоначально «левые» аминокислоты превращаются в смесь обеих форм.
Расчёты показывают, что этот процесс может занять примерно от ста до десяти тысяч лет в зависимости от условий среды.
Получается, что даже если жизнь существовала, её химические следы со временем могут стать практически неотличимыми от небиологических веществ.
Компьютерная модель целой экосистемы
Разработанный инструмент учитывает не один отдельный химический процесс.
Он моделирует весь путь вещества:
- взаимодействие воды с горными породами;
- образование различных соединений;
- перенос веществ через океан;
- изменение их состава;
- выброс материала через трещины ледяной оболочки.
Таким образом удаётся оценить, какие химические сигналы должны существовать даже на полностью безжизненном мире.
Проверка на реальных данных
Для проверки своей модели исследователи использовали результаты предыдущих космических миссий, изучавших Энцелад.
Компьютерные расчёты сравнили с фактическими измерениями состава вещества, выбрасываемого гейзерами спутника.
Это позволило проверить, насколько хорошо модель описывает реальные процессы.
Результаты подтвердили, что предложенный подход способен значительно точнее оценивать происхождение потенциальных биомаркеров.
Почему это важно для будущих экспедиций
В ближайшие годы исследования океанических миров заметно активизируются.
К таким объектам проявляют интерес практически все ведущие космические агентства.
Будущие приборы смогут определять:
- содержание органических соединений;
- концентрацию метана;
- состав солей;
- изотопные соотношения;
- присутствие сложных органических молекул.
Однако сами по себе подобные измерения ещё не будут означать открытие жизни.
Именно поэтому наличие надёжного метода сравнения с естественным геологическим фоном становится крайне важным.
Опасность ложных открытий
История науки знает множество случаев, когда необычные наблюдения первоначально считались признаками жизни, но позднее получали вполне естественное объяснение.
Чем совершеннее становятся телескопы и космические аппараты, тем больше подобных неоднозначных результатов будет получать наука.
Поэтому исследователи считают, что прежде необходимо максимально точно понять, как выглядит полностью безжизненный мир.
Лишь после этого можно уверенно говорить о существовании настоящих биологических процессов.
Новый этап астробиологии
Авторы работы подчёркивают, что поиск жизни больше не сводится к обнаружению одного-единственного вещества. Теперь всё большее значение приобретает комплексный анализ окружающей среды, включающий геологию, химический состав, изотопные особенности и историю эволюции небесного тела. Только сочетание всех этих факторов позволит отличить настоящие биологические сигналы от естественных процессов.
Такой подход может стать важным инструментом для будущих миссий к Энцеладу, Европе и другим потенциально обитаемым мирам. Вместо поиска отдельных «сенсационных» молекул учёные предлагают сначала понять, что способна создать сама природа без участия жизни. Именно знание этого естественного фона значительно повысит вероятность того, что первое объявление об обнаружении внеземной жизни действительно окажется научным открытием, а не результатом неверной интерпретации химических процессов.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
