科学家发明新技术寻找无论它是否与地球生命相似的生物

1960年，第一个致力于寻找外星智能的调查在美国西维珍尼亚州的绿堤天文台（Green Bank Observatory）进行。 这是奥兹玛（Ozma）计划，它是著名天文学家和寻找外星智能先驱弗兰克·德雷克（Frank Drake）的创意。 从那时起，寻找地球以外生命证据的集体努力联合起来，创造了一个新的研究领域，称为天体生物学。

由于近年来发现了数以千计的系外行星，寻找外星生命重新引起人们的兴趣。 不幸的是，我们的努力仍然受到有限的参考框架的严重限制。 然而，由英国苏格兰格拉斯哥大学和美国亚利桑那州立大学的一组研究人员开发的新工具可以为所有形式的生命指明道路！

这个新工具的核心是一个称为组装理论的概念，它是由化学教授李莱·工宁（Leroy Cronin）和他在格拉斯哥化学学院的同事在亚利桑那州立大学科学家帮助下开发。 该理论描述了如何通过识别大量产生（并且不能随机形成）的复杂分子来区分生命系统与非生命系统。

应用于分子，组装理论根据生命的行为而不是生命的本质将分子识别为生物特征。 工宁教授指出，我们的系统是第一个用于生命探测的可证伪假设，其基础是只有生命系统才能产生复杂分子，而这些分子不能以任何数量随机形成，这使我们能够回避定义生命的问题。

下一步是想出一种量化这种复杂性的方法，该团队通过开发一种算法来为给定分子分配分数。 这就是所谓的分子组装（molecular assembly）数，它基于制造分子所需的键数。 自然地，大的生物分子将比小分子或非生物分子（大或小）具有更高的分子组装数。

为了测试他们的方法，该团队使用他们的算法将分子组装编号分配给包含大约二百五十万个分子的数据库。 然后，他们使用大约一百个小分子和小蛋白质片段的样本对象来验证分子组装数与分子暴露于质谱仪后产生的小蛋白质片段数之间的预期相关性 – 质谱仪将样品分解成碎片并进行分析独特部分的数量。

与太空总署合作，该团队还检查了来自全球各地的样本和一些外星样本。 其中包括默奇森陨石（Murchison meteorite）的碎片，这是一种富含有机分子的碳质球粒陨石，于1969年降落在澳洲。 他们还检查了全新世（三万年前）和中中新世（一千四百万年前）时代的含化石湖泊沉积物样本。由此，该团队能够证明生命是唯一可以制造具有高分子组装数分子
的过程。 他们进一步发现有一个分子组装上下限值，一旦超过该上下限值，就表示自然生命产生的分子有疑问。 亚利桑那州立大学地球与太空探索学院莎拉·伊万里·沃克（Sara Imari Walker）说：「这个方法可以识别生命，而无需对它的生物化学有任何经验和知识。 因此，它可用于美国太空总署在未来的任务中寻找外星生命，并提供一种全新的实验和理论方法，最终揭开宇宙中生命的本质，以及它如何从无生命的化学物质中出现。 」

亚利桑那州立大学超越中心的博士后研究助理道格·摩尔（Doug Moore）补充说：「生命系统和非生命系统的区别在于它们能够可靠地以可检测的丰度组装高度复杂的分子结构。 我们着手证明情况确实如此，并提出了一种既生化不可知又实用的生物印记。 」

该算法成为第一个可通过实验验证的复杂性测量工具，在寻找外星生命方面特别有用。 简而言之，它可以在实验室中使用注定要纳入未来任务的仪器进行测试和验证。 通过开发一种不会产生误报的方法，天体生物学家将有机会做出我们物种历史上最深刻的发现。

除了天体生物学研究外，该工具还可以帮助研究生命是如何在地球上开始的。 该工具的理论框架是最早可以量化化学系统如何处理生命一个基本方面的技术之一。 格拉斯哥大学的博士后研究员科尔·马西斯（Cole Mathis）说：「我们认为这是了解地球和其它世界上生命系统的起源提供一种全新的方法，并有望在实验室实验中识别新生命系统。 从真正实用的角度来看，如果我们能够了解生命系统如何能够自组织并产生复杂的分子，我们就可以利用这些见解来设计和制造新药和新材料。 」

未来几年，许多任务将前往太阳系外寻找海洋世界内的生命。 使用配备分子组装数算法的光谱仪，前往木卫二（Europa）、土卫二（Enceladus）和土卫六（Titan）的任务可以检查它的大气层、表面、羽流活动和甲烷湖，寻找只有在生命存在时才会出现的分子迹象。

【图：亚利桑那州立大学;文：节译自今日宇宙网页】

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