科學家發明新技術尋找無論它是否與地球生命相似的生物

1960年，第一個致力於尋找外星智慧的調查在美國西維珍尼亞州的綠堤天文台（Green Bank Observatory）進行。這是奧茲瑪（Ozma）計劃，它是著名天文學家和尋找外星智慧先驅弗蘭克·德雷克（Frank Drake）的創意。從那時起，尋找地球以外生命證據的集體努力聯合起來，創造了一個新的研究領域，稱為天體生物學。

由於近年來發現了數以千計的系外行星，尋找外星生命重新引起人們的興趣。不幸的是，我們的努力仍然受到有限的參考框架的嚴重限制。然而，由英國蘇格蘭格拉斯哥大學和美國亞利桑那州立大學的一組研究人員開發的新工具可以為所有形式的生命指明道路！

這個新工具的核心是一個稱為組裝理論的概念，它是由化學教授李萊·工寧（Leroy Cronin）和他在格拉斯哥化學學院的同事在亞利桑那州立大學科學家幫助下開發。該理論描述瞭如何通過識別大量產生（並且不能隨機形成）的複雜分子來區分生命系統與非生命系統。

應用於分子，組裝理論根據生命的行為而不是生命的本質將分子識別為生物特徵。工寧教授指出，我們的系統是第一個用於生命探測的可證偽假設，其基礎是只有生命系統才能產生復雜分子，而這些分子不能以任何數量隨機形成，這使我們能夠迴避定義生命的問題。

下一步是想出一種量化這種複雜性的方法，該團隊通過開發一種算法來為給定分子分配分數。這就是所謂的分子組裝（molecular assembly）數，它基於製造分子所需的鍵數。自然地，大的生物分子將比小分子或非生物分子（大或小）具有更高的分子組裝數。

為了測試他們的方法，該團隊使用他們的算法將分子組裝編號分配給包含大約二百五十萬個分子的數據庫。然後，他們使用大約一百個小分子和小蛋白質片段的樣本對象來驗證分子組裝數與分子暴露於質譜儀後產生的小蛋白質片段數之間的預期相關性 - 質譜儀將樣品分解成碎片並進行分析獨特部分的數量。

與太空總署合作，該團隊還檢查了來自全球各地的樣本和一些外星樣本。其中包括默奇森隕石（Murchison meteorite）的碎片，這是一種富含有機分子的碳質球粒隕石，於1969年降落在澳洲。他們還檢查了全新世（三萬年前）和中中新世（一千四百萬年前）時代的含化石湖泊沉積物樣本。

由此，該團隊能夠證明生命是唯一可以製造具有高分子組裝數分子的過程。他們進一步發現有一個分子組裝上下限值，一旦超過該上下限值，就表示自然生命產生的分子有疑問。 亞利桑那州立大學地球與太空探索學院莎拉·伊萬里·沃克（Sara Imari Walker）說：「這個方法可以識別生命，而無需對它的生物化學有任何經驗和知識。因此，它可用於美國太空總署在未來的任務中尋找外星生命，並提供一種全新的實驗和理論方法，最終揭開宇宙中生命的本質，以及它如何從無生命的化學物質中出現。」

亞利桑那州立大學超越中心的博士後研究助理道格·摩爾（Doug Moore）補充說：「生命系統和非生命系統的區別在於它們能夠可靠地以可檢測的豐度組裝高度複雜的分子結構。我們著手證明情況確實如此，並提出了一種既生化不可知又實用的生物印記。」

該算法成為第一個可通過實驗驗證的複雜性測量工具，在尋找外星生命方面特別有用。簡而言之，它可以在實驗室中使用注定要納入未來任務的儀器進行測試和驗證。通過開發一種不會產生誤報的方法，天體生物學家將有機會做出我們物種歷史上最深刻的發現。

除了天體生物學研究外，該工具還可以幫助研究生命是如何在地球上開始的。該工具的理論框架是最早可以量化化學系統如何處理生命一個基本方面的技術之一。格拉斯哥大學的博士後研究員科爾·馬西斯（Cole Mathis）說：「我們認為這是了解地球和其它世界上生命系統的起源提供一種全新的方法，並有望在實驗室實驗中識別新生命系統。從真正實用的角度來看，如果我們能夠了解生命系統如何能夠自組織並產生復雜的分子，我們就可以利用這些見解來設計和製造新藥和新材料。」

未來幾年，許多任務將前往太陽系外尋找海洋世界內的生命。使用配備分子組裝數算法的光譜儀，前往木衛二（Europa）、土衛二（Enceladus）和土衛六（Titan）的任務可以檢查它的大氣層、表面、羽流活動和甲烷湖，尋找只有在生命存在時才會出現的分子跡象。

【圖：亞利桑那州立大學；文：節譯自今日宇宙網頁】