في عام 1960 ، تم إجراء أول مسح مخصص للبحث عن ذكاء خارج الأرض (SETI) في مرصد جرين بانك في ولاية فرجينيا الغربية. كان هذا هو مشروع Ozma ، الذي كان من بنات أفكار عالم الفلك الشهير ورائد SETI فرانك دريك (الذي من أجله معادلة دريك اسمه). منذ ذلك الحين ، تضافرت الجهود الجماعية للعثور على دليل على وجود حياة خارج الأرض لإنشاء مجال جديد للدراسة يُعرف باسم علم الأحياء الفلكي .
كان البحث عن حياة خارج كوكب الأرض موضوع اهتمام متجدد بفضل آلاف الكواكب الخارجية التي تم اكتشافها في السنوات الأخيرة. لسوء الحظ ، لا تزال جهودنا مقيدة بشدة بالإطار المرجعي المحدود لدينا. ومع ذلك ، تم تطوير أداة جديدة بواسطة فريق من الباحثين من جامعة جلاسكو و جامعة ولاية أريزونا (جامعة ولاية أريزونا) يمكن أن تشير إلى الطريق نحو الحياة بجميع أشكالها!
الدراسة التي تصف النتائج التي توصلوا إليها والتي نُشرت مؤخرًا في المجلة اتصالات الطبيعة وأجرى من قبل البروفيسور ليروي كرونين وفريقه من مدرسة الكيمياء في جامعة جلاسكو بالمملكة المتحدة. وانضم إليهم أعضاء من ما وراء مركز المفاهيم في العلوم الأساسية في جامعة ولاية أريزونا (ASU) ، و المختبر التحليلي للبيولوجيا الفلكية في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا.
الفضاء الكيميائي ، مرئي. الائتمان: نعومي جونسون ، لي كرونين / جامعة ولاية أريزونا
محور هذه الأداة الجديدة هو مفهوم يُعرف باسم نظرية التجميع ، والذي طوره البروفيسور ليروي كرونين - أستاذ الكيمياء في Regius - وزملائه في كلية الكيمياء في غلاسكو ، بمساعدة علماء من جامعة ولاية أريزونا. تصف هذه النظرية كيف يمكن تمييز الأنظمة الحية عن غير الحية من خلال تحديد الجزيئات المعقدة التي يتم إنتاجها بكثرة (ولا يمكن أن تتشكل بشكل عشوائي).
عند تطبيقها على الجزيئات ، تحدد نظرية التجميع الجزيئات على أنها بصمات حيوية بناءً على ما تفعله الحياة وليس ما هي عليه. كما أوضح كرونين في جامعة ولاية أريزونا خبر صحفى :
'نظامنا هو أول فرضية قابلة للدحض لاكتشاف الحياة ، وهو قائم على فكرة أن الأنظمة الحية فقط هي التي يمكنها إنتاج جزيئات معقدة لا يمكن أن تتشكل عشوائيًا بأي وفرة ، وهذا يسمح لنا بتجنب مشكلة تعريف الحياة.'
كانت الخطوة التالية هي التوصل إلى طريقة لتحديد مقدار هذا التعقيد ، وهو ما فعله الفريق من خلال تطوير خوارزمية من شأنها تعيين درجة لجزيء معين. هذا ما يُعرف برقم 'التجميع الجزيئي' (MA) ، والذي يعتمد على عدد الروابط اللازمة لتكوين الجزيء. بطبيعة الحال ، سيكون للجزيئات الحيوية الكبيرة درجة ماجستير أعلى من الجزيئات الأصغر ، أو الجزيئات غير الحيوية (كبيرة أو صغيرة).
لاختبار طريقتهم ، استخدم الفريق خوارزمية لتعيين أرقام MA لقاعدة بيانات تحتوي على حوالي 2.5 مليون جزيء. ثم استخدموا عينة من حوالي 100 جزيء صغير وشظايا بروتينية صغيرة (ببتيدات) للتحقق من الارتباط المتوقع بين رقم MA وعدد الببتيدات التي قد يولدها الجزيء بمجرد تعريضه لمقياس طيف الكتلة - الذي يكسر العينات إلى قطع ويحلل عدد الأجزاء الفريدة.
يُظهر انطباع هذا الفنان المنظر من الكوكب في نظام TOI-178 الموجود في المدار الأبعد عن النجم. الائتمان: ESO / L. Calçada / spaceengine.org
بالتعاون مع وكالة ناسا ، فحص الفريق أيضًا عينات من جميع أنحاء العالم وبعض العينات من خارج كوكب الأرض. وشمل ذلك جزءًا من نيزك مورشيسون ، وهو نيزك كوندريت كربوني غني بالجزيئات العضوية هبط في أستراليا في عام 1969 (على الرغم من أن العينة نفسها لم تكن بيولوجية في الأصل). كما قاموا بفحص عينات من رواسب البحيرات المحتوية على أحافير من عصر الهولوسين (قبل 30000 سنة) ومنتصف العصر الميوسيني (قبل 14 مليون سنة).
من هذا المنطلق ، كان الفريق قادرًا على إظهار أن الحياة هي العملية الوحيدة التي يمكن أن تصنع جزيئات بأرقام عالية من MA. ووجدوا كذلك أن هناك عتبة MA التي ، بمجرد عبورها ، تشير إلى أن الحياة ضرورية لإنتاج الجزيء المعني. سعيد مؤلف مشارك سارة إيماري ووكر من مدرسة استكشاف الأرض والفضاء بجامعة ولاية أريزونا:
تتيح الطريقة التعرف على الحياة دون الحاجة إلى أي معرفة مسبقة بالكيمياء الحيوية. لذلك يمكن استخدامه للبحث عن حياة فضائية في بعثات ناسا المستقبلية ، وهو يوجه نهجًا تجريبيًا ونظريًا جديدًا بالكامل للكشف أخيرًا عن طبيعة الحياة في الكون ، وكيف يمكن أن تنبثق من مواد كيميائية لا حياة لها '
وأضاف: 'يتم تمييز الأنظمة الحية وغير الحية من خلال الدرجة التي يمكن الاعتماد عليها ، وفي الوفرة التي يمكن اكتشافها ، لتجميع الهياكل الجزيئية شديدة التعقيد' دوغ مور ، باحث مشارك ما بعد الدكتوراه في مركز بيوند في جامعة ولاية أريزونا وشارك في تأليف الدراسة. 'شرعنا في إظهار أن هذا هو الحال ونقترح توقيعًا حيويًا يكون محايدًا من الناحية الكيميائية الحيوية ومفيدًا عمليًا.'
انطباع الفنان عن اليعسوب على سطح تيتان. ائتمانات: NASA / Johns Hopkins APL
تعد هذه الخوارزمية واحدة من أولى أدوات قياس التعقيد التي يمكن التحقق منها تجريبياً ، مما يجعل الخوارزمية مفيدة بشكل خاص في البحث عن حياة خارج كوكب الأرض. ببساطة ، يمكن اختبارها والتحقق من صحتها في المختبر باستخدام الأدوات المقرر دمجها في المهام المستقبلية. من خلال تطوير نهج لا يمكنه إنتاج إيجابيات خاطئة ، سيكون لدى علماء الأحياء الفلكية فرصة حقيقية لتحقيق أكثر الاكتشافات عمقًا في تاريخ جنسنا البشري.
بالإضافة إلى البحث البيولوجي الفلكي ، يمكن أن تساعد هذه الأداة أيضًا في دراسة كيفية بدء الحياة هنا على الأرض. يعد الإطار النظري لهذه الأداة من أولى التقنيات التي يمكنها تحديد كيفية معالجة الأنظمة الكيميائية للمعلومات (جانب أساسي من جوانب الحياة). سعيد مؤلف مشارك كول ماتيس ، خريج جامعة ولاية أريزونا وهو حاليًا باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة جلاسكو:
'نعتقد أن هذا سيمكن من اتباع نهج جديد تمامًا لفهم أصل الأنظمة الحية على الأرض ، وعوالم أخرى ، ونأمل أن يتم تحديد أنظمة الحياة الجديدة في التجارب المعملية. من منظور عملي حقًا ، إذا تمكنا من فهم كيف تكون الأنظمة الحية قادرة على التنظيم الذاتي وإنتاج جزيئات معقدة ، فيمكننا استخدام تلك الأفكار لتصميم وتصنيع أدوية ومواد جديدة. '
هناك عدد من المهمات متجهة إلى النظام الشمسي الخارجي في السنوات القادمة للبحث عن الحياة داخل ' عوالم المحيط . ' باستخدام مقاييس الطيف المجهزة بخوارزمية أرقام MA ، يمكن للبعثات الموجهة إلى أوروبا وإنسيلادوس وتيتان فحص الغلاف الجوي والأسطح ونشاط العمود وبحيرات الميثان بحثًا عن علامات للجزيئات التي تحدث فقط في وجود الحياة.
رسم توضيحي لسطح كوكب خارج المجموعة الشمسية Barnard’s Star ب. حقوق الصورة: M. Kornmesser، ESA.
إضافة:في مسودة سابقة ، كتبنا أن الخوارزمية التي طورها البروفيسور ليروي كرونين (وآخرون) كانت أول وسيلة يمكن تزويرها لاكتشاف الحياة خارج الأرض. ومع ذلك ، فقد علمنا منذ ذلك الحين أنه في عام 2013 ، د. أرماندو أزوا-بوستوس * و دكتور كريستيان فيجا مارتينيز ** نشرت ورقة اقترحت بالمثل طريقة جديدة للبحث عن الحياة بناءً على سمات يجب أن تكون مشتركة بين جميع أشكال الحياة.
في هذه الحالة ، أوصى الدكتور Azua-Bustos و Vega-Martinez باستخدام تحليل الرياضيات الكسورية لتحديد درجة اختلاف الكون في بيئة كوكبية ، مما يسمح للعلماء بالتمييز بين أشكال الحياة ومحيطها اللاأحيائي المتشابه.
ورقتهم بعنوان ' إمكانية اكتشاف 'الحياة كما لا نعرفها' من خلال تحليل التعقيد الفركتلي ، 'في المجلة الدولية لعلم الأحياء الفلكي ، المجلد. 12 ، (12 يونيو 2013).
* قسم علم الكواكب والسكن ، مركز علم الأحياء الفلكية (CSIC-INTA) ، مدريد ، إسبانيا
** المجلس الوطني للبحوث العلمية والتقنية (CONICET) ، بوينس آيرس ، الأرجنتين
قراءة متعمقة: ملابس و طبيعة سجية
