Este artigo foi publicado originalmente em conversa. A publicação contribuiu com este artigo para Space.com Vozes de especialistas: colunas e insights.
Quando os cientistas da NASA abrem o recipiente de retorno da amostra Osíris-Rex Durante a missão de amostragem de asteróides no final de 2023, eles descobriram algo surpreendente.
Durante décadas, os cientistas previram que os primeiros asteróides podem ter fornecido os ingredientes para a vida na Terra, e estas descobertas parecem ser evidências promissoras.
Ainda mais surpreendentemente, estes aminoácidos vêm de Decidir Quase igualmente dividido em formas “canhotas” e “destras”. Os aminoácidos vêm em duas configurações de imagem espelhada, como nossas mãos esquerda e direita, chamadas forma quiral.
Quase toda a biologia na Terra requer uma versão para canhotos. Se os cientistas encontrarem um forte excesso de canhotos em Bennu, isso sugeriria que as assimetrias moleculares da vida podem ter sido herdadas diretamente do espaço. Em vez disso, a mistura quase igual aponta para uma história diferente: a preferência da vida pela esquerda pode ter surgido mais tarde através de processos na Terra, em vez de ter sido pré-impressa em materiais fornecidos por asteróides.
Se as rochas espaciais podem conter ingredientes familiares, mas não as “assinaturas” químicas deixadas pela vida, identificar verdadeiros sinais de biologia torna-se extremamente complicado.
As descobertas levantam uma questão mais profunda – que se torna mais premente à medida que surgem novas missões Alvo Martesatélite de Marte e mundo do mar do nosso sistema solar: Como os pesquisadores detectam a vida quando os produtos químicos começam a parecer “realistas”? Se os materiais inanimados podem produzir misturas ricas e organizadas de moléculas orgânicas, então as características tradicionais que utilizamos para identificar a biologia podem já não ser suficientes.
como Cientista Computacional Estudando biometria, enfrentei esse desafio de forma direta. No meu trabalho de astrobiologia, pergunto como determinar se coleções de moléculas foram formadas por geoquímica complexa ou exobiologia ao explorar outros planetas.
Em um novo estudo publicado na revista Anais da Academia Nacional de CiênciasMeus colegas e eu desenvolvemos uma estrutura chamada LifeTracer para ajudar a responder a essa pergunta. Em vez de procurar moléculas ou estruturas individuais que provem a existência de vida, tentamos classificar a probabilidade de rochas e meteoritos conterem vestígios de vida examinando os padrões químicos completos contidos nas misturas de compostos preservados em rochas e meteoritos.
Identifique potenciais biometrias
A ideia chave por trás da nossa estrutura é que a vida produz moléculas com propósito, enquanto a química não-vida não o faz. As células devem armazenar energia, construir membranas celulares e transmitir informações. não-bioquímica Substância produzida por processos químicos inanimados, mesmo que abundante, segue regras diferentes porque não foi formada por metabolismo ou evolução.
Os métodos tradicionais de bioassinatura concentram-se na procura de compostos específicos, como certos aminoácidos ou estruturas lipídicas, ou Preferência quiral, como canhoto.
Esses sinais podem ser poderosos, mas são inteiramente baseados em padrões moleculares usado pela vida na terra. se nós Supondo que a vida alienígena use os mesmos produtos químicospodemos perder uma biologia que é semelhante, mas não idêntica à nossa, ou identificar erroneamente substâncias químicas inanimadas como sinais de vida.
Os resultados de Bennu destacam esta questão. A amostra do asteróide contém moléculas familiares à vida, mas não parece haver vida dentro dele.
Para reduzir o risco de assumir que estas moléculas representam vida, recolhemos um conjunto de dados único de materiais orgânicos na linha divisória entre vida e não-vida. Usamos oito amostras meteoritos ricos em carbono Produtos químicos abióticos do início do sistema solar foram preservados, bem como 10 amostras de solo e materiais sedimentares da Terra que contêm restos degradados de biomoléculas de vidas passadas ou presentes. Cada amostra contém dezenas de milhares de moléculas orgânicas, muitas das quais estão em baixa abundância e muitas cujas estruturas não podem ser totalmente identificadas.
E a NASA centro de vôo espacial goddardnossa equipe de cientistas tritura cada amostra, adiciona solvente e aquece para extrair a matéria orgânica – um processo semelhante ao de fazer chá. Passamos então o “chá” contendo a matéria orgânica extraída por duas colunas filtrantes, Separando misturas complexas de moléculas orgânicas. Os orgânicos são então empurrados para uma câmara e nós os bombardeamos com elétrons até que se quebrem em pedaços menores.
Tradicionalmente, os químicos têm usado estes fragmentos de massa como peças de um puzzle para reconstruir a estrutura de cada molécula, mas a inclusão de dezenas de milhares de compostos em cada amostra apresenta desafios.
rastreador de vida
rastreador de vida é uma abordagem única para análise de dados: funciona pegando as peças de um quebra-cabeça e analisando-as para encontrar padrões específicos, em vez de reconstruir cada estrutura.
Ele caracteriza essas peças do quebra-cabeça pela massa e duas outras propriedades químicas, depois as organiza em uma grande matriz que descreve o conjunto de moléculas presentes em cada amostra. Em seguida, treinou um modelo de aprendizado de máquina para diferenciar entre meteoritos e materiais terrestres na superfície da Terra com base nos tipos de moléculas presentes neles.
Uma das formas mais comuns de aprendizado de máquina é chamada de aprendizado supervisionado. Ele funciona tomando muitos pares de entrada e saída como exemplos e aprendendo as regras desde a entrada até a saída. Mesmo com apenas 18 amostras, o LifeTracer teve um desempenho muito bom. Sempre separa as fontes abióticas das fontes bióticas.
Para o LifeTracer, o que mais importa não é a presença de moléculas específicas, mas a distribuição geral das impressões digitais químicas encontradas em cada amostra. As amostras de meteoritos tendem a conter compostos mais voláteis – que evaporam ou se decompõem mais facilmente – refletindo os tipos de química mais comuns em ambientes de espaços frios.
Certos tipos de moléculas, chamadas hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, existem em ambos os grupos, mas apresentam diferenças estruturais únicas que os modelos podem resolver. O composto contendo enxofre 1,2,4-tritiolano surge como um poderoso marcador para amostras abióticas, enquanto os materiais terrestres contêm produtos formados através de processos biológicos.
Estas descobertas sugerem que o contraste entre vida e não-vida é determinado não por um único sinal químico, mas pela forma como todo um conjunto de moléculas orgânicas é organizado. Ao concentrar-se em padrões em vez de suposições sobre quais moléculas a vida “deveria” usar, métodos como o LifeTracer fornecem uma maneira de avaliar o Missão Marte, Suas luas Fobos e Deimossatélites de Júpiter Europa e satélites de Saturno Encélado.
Amostras futuras poderão conter uma mistura de matéria orgânica de múltiplas fontes, algumas das quais são de origem biológica e outras não. Em vez de depender apenas de algumas moléculas familiares, podemos agora avaliar se toda a paisagem química se assemelha à biologia ou à geoquímica estocástica.
LifeTracer não é um detector de vida universal. Pelo contrário, fornece uma base para a interpretação de misturas orgânicas complexas. A descoberta de Bennu lembra-nos que os produtos químicos benéficos à vida podem estar espalhados por todo o planeta. sistema solarmas a química por si só não é igual à biologia.
Para distinguir os dois, os cientistas precisarão de todas as ferramentas que pudermos construir – não apenas melhores naves espaciais e instrumentos, mas formas mais inteligentes de ler as histórias escritas nas moléculas que trazem para casa.
