Nel 1960, presso il Green Bank Observatory in West Virginia, fu realizzato il primo sondaggio dedicato alla ricerca di informazioni extraterrestri (SETI). Questo era il Progetto Ozma, nato da un'idea del famoso astronomo e pioniere del SETI Frank Drake (per il quale il Equazione di Drake è chiamato). Da allora, gli sforzi collettivi per trovare prove della vita oltre la Terra si sono uniti per creare un nuovo campo di studio noto come astrobiologia .
La ricerca di vita extraterrestre è stata oggetto di rinnovato interesse grazie alle migliaia di esopianeti scoperti negli ultimi anni. Sfortunatamente, i nostri sforzi sono ancora fortemente limitati dal nostro limitato quadro di riferimento. Tuttavia, un nuovo strumento sviluppato da un team di ricercatori del Università di Glasgow e Università statale dell'Arizona (ASU) potrebbe indicare la via verso la vita in tutte le sue forme!
Lo studio che descrive i loro risultati, recentemente pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura ,è stata condotta dal Prof. Leroy Cronin e dal suo team del Scuola di Chimica presso l'Università di Glasgow, Regno Unito. Sono stati raggiunti da membri del Beyond Center for Concepts in Fundamental Science presso l'Arizona State University (ASU), e il Laboratorio di analisi di astrobiologia al Goddard Space Flight Center della NASA.
Spazio chimico, visualizzato. Credito: Naomi Johnson, Lee Cronin/ASU
Al centro di questo nuovo strumento c'è un concetto noto come teoria dell'assemblaggio, che è stato sviluppato dal Prof. Leroy Cronin, un Regius Professor of Chemistry, e dai suoi colleghi della Glasgow's School of Chemistry, con l'assistenza di scienziati dell'ASU. Questa teoria descrive come i sistemi viventi possono essere distinti da quelli non viventi identificando molecole complesse che vengono prodotte in abbondanza (e non possono formarsi casualmente).
Applicata alle molecole, la teoria dell'assemblaggio identifica le molecole come biofirme basate su ciò che fa la vita, non su ciò che è. Come ha spiegato Cronin in un ASU comunicato stampa :
'Il nostro sistema è la prima ipotesi falsificabile per il rilevamento della vita e si basa sull'idea che solo i sistemi viventi possono produrre molecole complesse che non potrebbero formarsi casualmente in qualsiasi abbondanza, e questo ci consente di eludere il problema della definizione della vita'.
Il passo successivo è stato quello di trovare un modo per quantificare questa complessità, cosa che il team ha fatto sviluppando un algoritmo che avrebbe assegnato un punteggio a una determinata molecola. Questo è ciò che è noto come numero di 'assemblaggio molecolare' (MA), che si basa sul numero di legami necessari per creare la molecola. Naturalmente, le grandi molecole biogene avrebbero un MA più alto di quelle più piccole, o delle molecole che non sono biogene (grandi o piccole).
Per testare il loro metodo, il team ha utilizzato il proprio algoritmo per assegnare i numeri MA a un database contenente circa 2,5 milioni di molecole. Hanno quindi utilizzato un campione di circa 100 piccole molecole e piccoli frammenti proteici (peptidi) per verificare la correlazione prevista tra il numero di MA e il numero di peptidi che una molecola genererebbe una volta esposta a uno spettrometro di massa, che rompe i campioni in pezzi e analizza il numero di parti uniche.
L'impressione di questo artista mostra la vista dal pianeta nel sistema TOI-178 trovato in orbita più lontano dalla stella. Credito: ESO/L. Calçada/spaceengine.org
In collaborazione con la NASA, il team ha anche esaminato campioni provenienti da tutto il mondo e alcuni campioni extraterrestri. Questi includevano un frammento del meteorite Murchison, un meteorite condrite carbonioso ricco di molecole organiche che è atterrato in Australia nel 1969 (sebbene il campione stesso non fosse di origine biologica). Hanno anche esaminato campioni di sedimenti lacustri contenenti fossili delle ere dell'Olocene (30.000 anni fa) e del Miocene medio (14 milioni di anni fa).
Da questo, il team è stato in grado di dimostrare che la vita è l'unico processo in grado di creare molecole con un numero elevato di MA. Hanno inoltre scoperto che esiste una soglia MA che, una volta superata, indica che la vita è necessaria per produrre la molecola in questione. detto co-autore Sara Imari Walker della Scuola di Esplorazione della Terra e dello Spazio dell'ASU:
“Il metodo consente di identificare la vita senza la necessità di alcuna conoscenza preliminare della sua biochimica. Può quindi essere usato per cercare la vita aliena nelle future missioni della NASA, e sta informando un intero nuovo approccio sperimentale e teorico per rivelare finalmente la natura di cosa è la vita nell'universo e come può emergere da sostanze chimiche senza vita”
'I sistemi viventi e non viventi sono distinti dal grado in cui possono in modo affidabile e in abbondanza rilevabile assemblare strutture molecolari altamente complesse', ha aggiunto. Doug Moore , assegnista di ricerca post-dottorato presso il Oltre il centro all'ASU e co-autore dello studio. 'Abbiamo deciso di dimostrare che questo è il caso e di proporre una biofirma che sia sia biochimicamente agnostica che praticamente utile'.
Impressione artistica di Dragonfly sulla superficie di Titano. Crediti: NASA/Johns Hopkins APL
Questo algoritmo è uno dei primi strumenti di misurazione della complessità verificabile sperimentalmente, il che lo rende particolarmente utile nella ricerca di vita extraterrestre. In poche parole, potrebbe essere testato e convalidato in laboratorio utilizzando strumenti destinati a essere incorporati nelle missioni future. Sviluppando un approccio che non possa produrre falsi positivi, gli astrobiologi avranno la possibilità di fare la scoperta più profonda nella storia della nostra specie.
Oltre alla ricerca astrobiologica, questo strumento potrebbe anche aiutare nello studio di come è iniziata la vita qui sulla Terra. Il quadro teorico per questo strumento è una delle prime tecniche in grado di quantificare come i sistemi chimici elaborano le informazioni (un aspetto fondamentale della vita). Detto coautore Cole Mathis , un alunno ASU che è attualmente ricercatore post-dottorato presso l'Università di Glasgow:
“Pensiamo che ciò consentirà un approccio completamente nuovo alla comprensione dell'origine dei sistemi viventi sulla Terra, su altri mondi e, si spera, all'identificazione di sistemi viventi de novo negli esperimenti di laboratorio. Da una prospettiva davvero pratica, se riusciamo a capire come i sistemi viventi sono in grado di auto-organizzarsi e produrre molecole complesse, possiamo usare queste intuizioni per progettare e produrre nuovi farmaci e nuovi materiali».
Numerose missioni sono destinate al Sistema Solare esterno nei prossimi anni per cercare la vita all'interno” Mondi oceanici .” Utilizzando spettrometri dotati dell'algoritmo del numero MA, le missioni destinate a Europa, Encelado e Titano potrebbero esaminare l'atmosfera, le superfici, l'attività dei pennacchi e i laghi di metano alla ricerca di segni di molecole che si verificano solo in presenza di vita.
Un'illustrazione della superficie dell'esopianeta Barnard's Star b. Credito immagine: M. Kornmesser, ESA.
Addendum:In una bozza precedente, abbiamo scritto che l'algoritmo sviluppato dal Prof. Leroy Cronin (et al.) è stato il primo mezzo falsificabile per rilevare la vita oltre la Terra. Tuttavia, da allora abbiamo appreso che nel 2013, Dott. Armando Azua-Bustos * e Dott. Cristian Vega-Martínez ** ha pubblicato un documento che proponeva similmente un nuovo metodo per cercare la vita basato su attributi che devono essere comuni a tutte le forme di vita.
In questo caso, il dott. Azua-Bustos e Vega-Martinez hanno raccomandato di utilizzare l'analisi matematica frattale per quantificare il grado di differenza di entropia in un ambiente planetario, consentendo così agli scienziati di distinguere tra forme di vita e il loro ambiente abiotico simile.
Il loro articolo, intitolato ' Il potenziale per rilevare 'la vita come non la conosciamo' mediante l'analisi della complessità frattale ”, è apparso sull'International Journal of Astrobiology, Vol. 12, (12 giugno 2013).
*Dipartimento di Planetologia e Abitabilità, Centro di Astrobiologia (CSIC-INTA), Madrid, Spagna
** Consiglio Nazionale della Ricerca Scientifica e Tecnica (CONICET), Buenos Aires, Argentina