طور الباحثون استراتيجية لتحسين اكتشاف الحياة في العوالم الأخرى. ولا يقتصر التركيز على وجود جزيئات معينة فحسب، بل على طريقة تنظيمها. تمتلك مهمة أوروبا كليبر التابعة لناسا أداة يمكنها تطبيق هذا المفهوم على أوروبا، قمر المشتري.
نشأت الفكرة من التعاون بين معهد وايزمان في إسرائيل وجامعة كاليفورنيا في ريفرسايد. وقام الفريق بتحليل البيانات من عشرات العينات. الهدف هو التمييز بين المركبات التي تنتجها العمليات البيولوجية وتلك الناتجة عن التفاعلات الكيميائية التي لا حياة فيها.
الطريقة مستوحاة من مفاهيم البيئة
قام العلماء بتكييف المقاييس المستخدمة لقياس التنوع البيولوجي. وقاموا بتقييم التنوع والتوزيع الموحد للمركبات عبر التجمعات الجزيئية. وكانت الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية بمثابة أساس الدراسة. تشكل هذه العناصر الببتيدات والهياكل الخلوية في الحياة كما نعرفها.
- تظهر الأحماض الأمينية تنوعًا أكبر وتوزيعًا أكثر اتساقًا في العينات البيولوجية.
- تظهر الأحماض الدهنية النمط المعاكس: تنوع أقل في الأصل البيولوجي.
- وقد نجح هذا النهج على نحو 100 مجموعة بيانات، بما في ذلك النيازك والحفريات والميكروبات.
- تستمر الأنماط حتى في المواد المتدهورة، مثل بيض الديناصورات المتحجر.
أبرز فابيان كلينر، من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد، أن الحياة لا تنتج جزيئات فقط. كما أنه يخلق مبدأ تنظيميا يمكن ملاحظته من خلال الإحصائيات. قاد جدعون يوفي من معهد وايزمان العمل.
ولا تضمن الدراسة، التي نشرت في مجلة Nature Astronomy، اكتشافًا نهائيًا للحياة. يساعد على تحديد أولويات الأهداف. قد تحظى التجمعات الجزيئية التي لا تحتوي على تنظيم بيولوجي باهتمام أقل في البعثات المستقبلية.
لا تزال هناك تحديات في تفسير التوقيعات الحيوية
تظهر البصمات الحيوية مثل الأحماض الأمينية والببتيدات والأحماض الدهنية في سياقات غير حيوية. ومن الأمثلة على ذلك أعمدة الميثان على المريخ والفوسفين على كوكب الزهرة. عدم اليقين بشأن أصل هذه الجزيئات يعقد التحليلات. توفر التقنية الجديدة مرشحًا إضافيًا.
اختبر الباحثون عينات من الكويكبات والتربة والتوليفات المعملية. وأظهرت النتائج اختلافات واضحة بين الأصول البيولوجية وغير البيولوجية. ومع ذلك، فإن الأسلوب يتطلب السياق مع الجزيئات الأخرى. مادة معزولة، مثل DMS في K2-18b، ليست كافية للتحليل.
وأوضح كلينر أن العينات البيولوجية لا تفقد معلوماتها التنظيمية بشكل كامل بعد تحللها. وهذا يجعل هذا النهج واعدًا بالنسبة للمريخ القديم، حيث كان الكوكب أكثر دفئًا ورطوبة. يبحث علماء الأحياء الفلكية عن أدلة على وجود حياة ميكروبية سابقة على الكوكب الأحمر.
يمكن لـ Europe Clipper اختبار هذه التقنية عمليًا
تستمر مهمة ناسا نحو كوكب المشتري. ومن المقرر الوصول في عام 2031. أوروبا هي موطن لمحيط عالمي تحت الغطاء الجليدي. ولن يقوم المسبار بالحفر في الجليد، ولكنه سيقوم بتحليل الحبوب المنبعثة من السطح.
سيقوم محلل الغبار السطحي (SUDA) بقياس نسب الجزيئات العضوية في هذه الحبوب. إذا تم اكتشاف عائلات من المركبات، فإن تحليل التنوع سيساعد في تفسير ما إذا كانت تشير إلى الكيمياء اللاأحيائية أو التنظيم البيولوجي. واستشهد كلينر بالأداة باعتبارها أداة متوافقة مع النهج الجديد.
- يكتشف الجهاز آثار الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية بتركيزات منخفضة.
- التركيز على الأعمدة والجزيئات المقذوفة من أوروبا.
- البيانات تكمل أجهزة الاستشعار الأخرى للمسبار.
- تسعى المهمة إلى فهم مدى صلاحية المحيط تحت سطح الأرض للسكن.
هذه التقنية لا تؤكد الحياة وحدها. وأي ادعاء يتطلب عدة خطوط من الأدلة. سيكون السياق الجيولوجي والكيميائي لبيئة الكوكب ضروريًا.
التطبيقات تتجاوز النظام الشمسي
يرى الباحثون إمكانات في الكواكب الخارجية، لكن البيانات المحدودة تعقد استخدامها. تفتقر الأجواء البعيدة إلى المخزون الجزيئي الكامل. تتألق هذه الطريقة في المواقع التي تحتوي على عينات يمكن الوصول إليها، مثل الأقمار الجليدية أو المريخ.
وقد حددت الدراسات السابقة البصمات الحيوية المحتملة على K2-18b وعوالم أخرى. يضيف التنظيم الجزيئي طبقة من الصرامة. يمكن للفرق المستقبلية تحسين المفهوم لفئات أخرى من المركبات.
يعزز البحث أن علم الأحياء الفلكي يعمل كعلم الطب الشرعي. تساعد التفاصيل الإحصائية على فصل الإشارة عن الضوضاء في البيئات القاسية. تكتسب المهمات مثل Europe Clipper وPerseverance on Mars أدوات تحليلية إضافية.
المجتمع العلمي يتفاعل مع التقدم
ويعتبر الخبراء العمل خطوة نحو الكفاءة في البحث. يؤدي تحديد أولويات الأهداف ذات الأنماط البيولوجية المعقولة إلى تحسين موارد المهمة الفضائية المحدودة. أثبتت الاختبارات المعملية والعينات الأرضية المتانة.
تشمل القيود الاعتماد على مجموعات البيانات الكبيرة. يتطلب التطبيق في عمليات الكشف عن بعد مزيدًا من التطوير. ومع ذلك، فإن الدراسة تمهد الطريق لتفسيرات أكثر دقة للبيانات المستقبلية.
يبقى أوروبا المرشح الرئيسي في النظام الشمسي. يمكن للجليد السطحي أن يحافظ على آثار المحيط بالأسفل. ستقوم أدوات مثل SUDA بجمع المعلومات التي ستوضح إمكانيات الحياة، إلى جانب النماذج الإحصائية.