分子之間的“隱藏秩序”或可揭示外星生命蹤跡

宇宙中真的存在其他生命嗎？著名的“費(fèi)米悖論”用統(tǒng)計(jì)學(xué)提出，一個(gè)充滿恒星和行星的宇宙中，生命應(yīng)該十分普遍，但我們至今仍未找到確鑿證據(jù)。 現(xiàn)在，美國加州大學(xué)河濱分校的一支科研團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的統(tǒng)計(jì)方法，試圖通過分子之間的“隱藏秩序”，為這一古老問題提供新的突破口。

研究人員發(fā)現(xiàn)，生命的存在不僅依賴于特定分子本身，還依賴這些分子之間一種特殊的組織方式或“隱秘秩序”。 他們聲稱，可以用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法識(shí)別這種組織原理，從而僅憑有機(jī)化學(xué)樣本中分子的分布模式，就有望“嗅探”出外星生命的跡象。 “我們的工作表明，生命會(huì)產(chǎn)生具有特征性模式的分子混合物，這些模式與非生命體系截然不同。”行星科學(xué)助理教授、論文合著者法比安·克倫納在接受采訪時(shí)表示，“通過我們的統(tǒng)計(jì)方法，這些模式可以被清晰地檢測出來。”

這項(xiàng)方法的一大優(yōu)勢在于，它不僅可以應(yīng)用在未來任務(wù)上，也能回溯性地分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)集。 換句話說，人類或許早已在大量歷史觀測數(shù)據(jù)中“邂逅”過外星生命的線索，只是尚未用合適的工具將其識(shí)別出來。

長期以來，科學(xué)家們主要通過尋找“生物印跡”分子來判斷外星生命可能的存在，例如在火星上，NASA 的“毅力號”和“好奇號”火星車正在分析巖石和大氣樣本中的有機(jī)化合物及其他潛在的微生物生命跡象。 而此次發(fā)表在《自然·天文學(xué)》上的新研究則強(qiáng)調(diào)了“分子排序”的重要性，將目光從“有什么分子”轉(zhuǎn)向“這些分子是如何被生命組織起來的”。

具體來說，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，如果某種分子混合物是由生命產(chǎn)生的，那么其中氨基酸的類型通常更加多樣，且在數(shù)量上分布更均勻；而脂肪酸的情況正好相反，由生命生成的脂肪酸類型更少、分布也更不均勻。 科學(xué)家認(rèn)為，這種所謂的“分子多樣性特征”本身就可以作為一種可檢測的生物印跡，不再局限于個(gè)別“生命標(biāo)志分子”的存在與否。

為找出支撐生命的組織性原理，團(tuán)隊(duì)分析了不同體系中分子混合物的多樣性，重點(diǎn)考察兩點(diǎn)：一是有多少種不同的分子存在，二是這些分子的分布是否均衡。 他們發(fā)現(xiàn)，生物系統(tǒng)（即生命）與非生物系統(tǒng)在組織分子的方式上存在系統(tǒng)性差異——生物產(chǎn)生的模式體現(xiàn)出生命的一些基本原則，而非生命過程則難以復(fù)制這種“秩序”。

值得注意的是，這套方法在技術(shù)層面并不依賴全新的大型儀器。 克倫納表示，只要任務(wù)本身能夠測得同一類相關(guān)有機(jī)分子之間“相對豐度”的信息，他們的方法就可以被直接應(yīng)用。 這意味著，許多已經(jīng)在規(guī)劃或即將實(shí)施的深空任務(wù)，都可能成為該方法的潛在“試驗(yàn)場”。

其中，計(jì)劃前往木星衛(wèi)星歐羅巴的 NASA“歐羅巴快船”任務(wù)被認(rèn)為極具潛力。 該探測器預(yù)計(jì)將在 2031 年開始執(zhí)行多次近距離飛掠，重點(diǎn)探測這顆可能擁有廣闊地下海洋的冰封衛(wèi)星的環(huán)境條件，評估其是否具備孕育生命的可能。 艦載儀器“表面塵埃分析儀”（SUDA）可以測量有機(jī)分子的豐度，如果它捕獲到足夠豐富的有機(jī)分子家族及其相對豐度信息，那么研究團(tuán)隊(duì)提出的統(tǒng)計(jì)方法就有望用于判斷這些分子模式更接近生物過程還是非生物過程。

盡管如此，研究人員也強(qiáng)調(diào)，這一方法不可能單憑一己之力“宣告發(fā)現(xiàn)外星生命”。 “我們的做法更像是廣義生物印跡框架的一部分。”克倫納指出，“在探索地外生命時(shí)，沒有任何單一信號可以被視為絕對證明。” 但這套方法有望極大拓寬科學(xué)家對“生命形態(tài)”的概念范圍，幫助發(fā)現(xiàn)那些不符合傳統(tǒng)生命化學(xué)范式、原本可能被忽略的生命形式。

這種潛在突破源于方法本身的一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)：它關(guān)注的是分子的組織結(jié)構(gòu)，而不是生命化學(xué)教科書中列舉的那些“典型分子”。 正如克倫納所言，“我們的研究集中在分子之間的組織結(jié)構(gòu)本身。原則上，只要某種陌生的生命形式在組織分子方面與非生物過程有所不同，這個(gè)方法就有可能對其敏感。”

此外，這一方法完全基于統(tǒng)計(jì)計(jì)算，因此可以大規(guī)模應(yīng)用于各種檔案數(shù)據(jù)。 克倫納指出，由于方法本質(zhì)上是計(jì)算性的，不需要專門的新儀器，如果現(xiàn)有數(shù)據(jù)集中包含足夠的分子豐度信息，那么就可以利用這種“多樣性分析”思路重新審視這些數(shù)據(jù)。 這不僅意味著潛在生命信號的“搜索面”將被顯著擴(kuò)大，也讓任何一次新數(shù)據(jù)的獲取，都有可能在與舊數(shù)據(jù)的綜合分析中產(chǎn)生“意外之喜”。

在詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡、地外文明搜尋計(jì)劃（SETI）以及即將啟程的“歐羅巴快船”等多條數(shù)據(jù)渠道的共同作用下，加州大學(xué)河濱分校團(tuán)隊(duì)的新方法被視為進(jìn)一步提高“重大發(fā)現(xiàn)幾率”的重要拼圖之一。 或許，人類距離最終證明“我們并不孤單”的那一刻，又向前邁進(jìn)了一小步。