本文最初發表於 對話 本出版物支持 Space.com 文章。 專家之聲：專欄和見解–
當美國宇航局科學家打開一罐返回的樣本時 奧西里斯-雷克斯 在 2023 年底的一次小行星採樣任務中，他們發現了一些驚人的東西。
幾十年來，科學家們一直推測早期小行星的形成。可能會將生物的成分發送到地球這些發現似乎是有希望的證據。
更令人驚訝的是，這些氨基酸來自 放 幾乎是平分的。在“左手”和“右手”形式之間，氨基酸以兩種鏡像形式存在。同樣的就是我們的左手和右手。 手性形式–
在這個星球上，幾乎所有的生物都是左撇子。如果科學家發現貝努人有過多的左撇子，那就表明生命的分子不對稱性可能是直接從太空傳播的。類似的組合指出了另一點：生活中的左撇子偏好可能是在地球生命過程的後期出現的。相反，它是用從小行星發送的材料預先打印的。
如果太空岩石可以攜帶熟悉的成分，但不攜帶生命留下的化學“特徵”，那麼識別真正的生物學信號就會變得非常複雜。
這些發現提出了更深層次的問題。隨著新任務的臨近，這是一個更加緊迫的問題。 火星目標火星月亮和 海洋世界 我們太陽系的：如果非生命材料能夠產生豐富且有序的有機分子混合物，那麼當僅靠化學開始看起來“現實”時，研究人員如何檢測生命？我們用來記住生物學的傳統信號可能已經不夠了。
例如 計算科學家 對生物特徵的研究我正面面對了這個挑戰。在我的生物占星學工作中，我詢問在探索其他行星時如何知道分子簇是否是由複雜的地球化學或外星生物學形成的。
在該雜誌的一項新研究中 赤松我和我的同事開發了一個名為 LifeTracer 的框架來幫助回答這個問題。而不是尋找單個分子或結構來證明生物學的存在。我們正試圖確定岩石和隕石中保存的化合物混合物含有生命痕蹟的可能性有多大。通過檢查所有可用的化學形式。
識別可能的生物特徵
我們框架背後的核心思想是生命有目的地創造分子。雖然非生命化學不會產生該分子。細胞必須儲存能量。構建細胞膜並傳輸信息 非生物化學 通過非生命化學過程生產。雖然有很多，但是它們遵循的規則不同。因為它不是由新陳代謝或進化決定的。
傳統的生物特徵方法側重於尋找特定的化合物，例如某些氨基酸或脂質結構，或 手性偏好，例如左撇子–
這些信號可能非常強大。但這完全取決於分子模型。 地球上的生物利用– 如果我們 假設外星生命使用相同的化學物質。我們可能會錯過與我們自己相似（但不相同）的生物學，或者錯誤地將非生命化學物質識別為生命的標誌。
Bennu 的結果凸顯了這個問題。小行星樣本中含有生命所熟悉的分子，但其中似乎沒有任何生命。
為了降低假設這些分子代表生命的風險，我們編制了一個關於生物和非生物邊界有機物的獨特數據集。我們使用了八個人的樣本。 富碳隕石 它保存了來自早期太陽系的無生命化學物質，其中包括 10 個來自地球的土壤和沈積材料樣本，其中包含來自過去或現在生命的已降解的生物分子碎片。每個樣品都含有數以萬計的有機分子。其中許多分子的數量很少，並且其中許多分子無法完全表徵。
和美國宇航局的 戈達德太空飛行中心我們的科學家團隊粉碎了每個樣本。添加溶劑和熱量來分離有機物質，過程就像泡茶一樣。然後，我們將含有提取的有機物的“茶”通過兩個過濾柱。 分離有機分子的複雜混合物。-然後將有機物推入一個室中，我們用電子轟擊它，直到它們破碎成小塊。
傳統上，化學家使用這些質量塊作為拼圖來重建單個分子結構。但每個樣品中含有數以萬計的化合物是一個挑戰。
生命追踪器
生命追踪器 它是一種特定的數據分析方法。它的工作原理是收集分散的拼圖並分析它們以找到特定的模式。而不是重建每個結構
它根據拼圖的質量和其他兩種化學性質來表徵這些拼圖。然後將其組織成一個大矩陣，描述每個樣本中存在的分子集。然後，它訓練機器學習模型來區分隕石和地球表面的陸地材料。這是基於每塊隕石中存在的分子類型。
機器學習最常見的形式之一稱為監督學習。它以多個輸入和輸出對為例進行工作。並學習從一個輸入到另一個輸出的規則。即使只有 18 個樣本，LifeTracer 的表現也非常出色。它始終將非生命物質與生物來源分開。
對於 LifeTracer 來說，最重要的不是特定分子的存在。相反，它是每個樣品中發現的化學指紋的總體分佈。隕石樣品往往含有更多的揮發性化合物。更容易蒸發或分解 這反映了在寒冷的太空環境中最常見的化學類型。
某些稱為多環芳烴的分子同時存在於這兩個組中。但該模型可以解析顯著的結構差異。含硫化合物 1,2,4-三硫戊環 事實證明它是無生命標本的清晰標記。而陸地材料則包含通過生物過程形成的產品。
這些發現表明，生物和非生物之間的差異不僅僅由化學線索決定。但順便說一句，所有有機分子都是排列的。通過關注模式而不是對生命“應該”使用的分子的假設，像 LifeTracer 這樣的方法開闢了新的可能性。評估返回的樣品 火星任務– 它的衛星是火衛一和火衛二。,木星的衛星 歐洲 和土星的衛星 土衛二。
未來的樣本可能包含來自多個來源的有機物的混合物。有些是生物性的，有些則不是。我們現在可以評估整個化學景觀是否更像隨機生物學或地球化學，而不是依賴一些熟悉的分子。
LifeTracer 不是通用生命探測器。但它為解釋複雜的有機混合物提供了基礎。貝努的發現提醒我們，有益於生命的化學物質可能廣泛存在。 太陽系但僅化學並不等於生物學。
為了區分兩者，科學家需要我們能夠創造的所有工具。不僅有更好的航天器和工具。但也有更聰明的方法來閱讀他們帶回家的分子中寫的故事。
