Nowy model pomoże odróżnić prawdziwe oznaki życia poza Ziemią od fałszywych

Naukowcy opracowali nowy model, który ma pomóc ocenić, czy oznaki życia poza Ziemią rzeczywiście wskazują prawdziwą na aktywność biologiczną, czy są efektem naturalnych procesów geologicznych.

Jak odróżnić oznaki życia od śladów procesów geologicznych

Jeśli chodzi o poszukiwanie życia poza Ziemią, metan i inne związki chemiczne od dawna uznawane są przez naukowców za potencjalne oznaki aktywności biologicznej, ponieważ często powstają dzięki żywym mikroorganizmom. Problem polega jednak na tym, że podobne sygnatury chemiczne mogą być również efektem procesów geologicznych, co utrudnia jednoznaczną interpretację wyników badań.

W ramach nowego badania naukowcy m.in. z Harvard University, University of Toronto, University of Ottawa, University of Washington, Massachusetts Institute of Technology, UK Centre for Astrobiology oraz Institut de Physique du Globe de Paris opracowali model pokazujący, jak wyglądałaby chemia planety pozbawionej życia, aby ułatwić rozpoznawanie potencjalnych prawdziwych sygnałów biologicznych i ograniczyć ryzyko fałszywego wykrycia ich śladów. Badanie zostało opublikowane na łamach czasopisma „Nature Astronomy”.

Metan nie zawsze jest wiarygodnym dowodem

Lodowe światy oceaniczne, takie jak Enceladus, księżyc Saturna, oraz Europa, księżyc Jowisza, należą do najważniejszych celów poszukiwań życia pozaziemskiego. Pod ich grubymi pokrywami lodowymi znajdują się oceany ciekłej wody, a astronomowie uważają, że wewnętrzne źródła ciepła i energii chemicznej mogą stwarzać tam warunki pozwalające organizmom przetrwać.

Zdaniem naukowców samo wykrycie metanu w tych podpowierzchniowych oceanach nie będzie jednak oznaczało odkrycia życia. Gaz ten może powstawać nie tylko dzięki mikroorganizmom, lecz także w wyniku niebiologicznych reakcji chemicznych zachodzących między wodą a skałami oraz innych procesów geologicznych.

„Światy oceaniczne są kluczowymi celami misji poszukujących życia. Jednak identyfikacja potencjalnego jego istnienia wymagałaby obserwacji wyraźnych i jednoznacznych sygnatur biologicznych, których nie można przypisać procesom abiotycznym” – twierdzą badacze.

Oznaki życia poza Ziemią mogą być mylące

Obecnie projektowane są coraz bardziej czułe instrumenty, które podczas przyszłych misji będą poszukiwać potencjalnych sygnatur biologicznych, takich jak metan czy izotopy węgla. Aby jednak właściwie zinterpretować wyniki pomiarów, naukowcy muszą najpierw dowiedzieć się, jakie związki chemiczne mogą powstawać naturalnie na danym świecie. Zdaniem badaczy nowo opracowany model pozwoli wyznaczyć takie chemiczne tło, dzięki czemu łatwiej będzie rozpoznać prawdziwe sygnały różniące się od naturalnych procesów.

Do opracowania modelu astronomowie wykorzystali Enceladusa jako przykład. Prześledzili drogę związków chemicznych i ich sygnatur izotopowych od skalistego dna oceanu, przez wielokilometrową warstwę wody, aż do przestrzeni kosmicznej.

Naukowcy skupili się na dwóch potencjalnych oznakach życia. Pierwszą był skład izotopowy węgla w metanie. Żywe mikroorganizmy często wytwarzają go o innym składzie izotopowym niż w przypadku wielu procesów niebiologicznych, ponieważ preferencyjnie wykorzystują lżejszy izotop węgla – węgiel-12.

Drugim analizowanym wskaźnikiem była konfiguracja przestrzenna aminokwasów (amino acid handedness). Związki te są podstawowymi składnikami życia i, gdy powstają w wyniku procesów biologicznych, niemal zawsze występują w formie „lewoskrętnej”, czyli o jednej dominującej orientacji przestrzennej. Naukowcy modelowali, jak długo taka struktura utrzymywałaby się w oceanie obcego świata, zanim uległaby rozpadowi i przekształciła się w losową mieszaninę.

Test na danych z Enceladusa

Badacze przetestowali model, wykorzystując rzeczywiste dane chemiczne dotyczące Enceladusa zebrane podczas wcześniejszych misji kosmicznych oraz symulacje komputerowe. Chcieli sprawdzić, czy opracowane narzędzie będzie potrafiło odróżnić biologiczne i geologiczne źródła analizowanych sygnatur chemicznych.

Wyniki wskazały, że zgodnie z obecną wiedzą o Enceladusie niektóre procesy geologiczne mogą wytwarzać sygnatury izotopowe metanu, które częściowo pokrywają się z tymi oczekiwanymi w przypadku żywych mikroorganizmów, co utrudnia ich rozróżnienie.

W przypadku aminokwasów badacze odkryli odwrotny problem. Ustalili, że ciepło panujące w oceanie mogło w ciągu zaledwie około 100–10 000 lat przekształcać lewoskrętne formy aminokwasów w losową mieszaninę. Taki proces mógł zatrzeć ślady potencjalnego życia.

Model pomoże ograniczyć ryzyko fałszywych odkryć

Choć astronomowie od dawna wiedzieli, że procesy biologiczne i geologiczne mogą pozostawiać podobne sygnatury chemiczne, dotąd nie dysponowali narzędziem pozwalającym ocenić, w jakim stopniu się one pokrywają. Nowy model pomaga przewidzieć, jak wygląda chemia świata pozbawionego oddziaływań biologicznych, ułatwiając określenie, jakie dodatkowe dowody będą potrzebne, zanim będzie można ogłosić odkrycie życia poza Ziemią.

Emil Gołoś