Учёные проверили, может ли неживая химия обмануть один из способов поиска внеземной жизни: анализ сложности молекул. Моделирование показало, что устройство окружающей среды действительно помогает молекулам усложняться без участия организмов, но возможности такого процесса ограничены. Самые сложные соединения при этом образуются в количествах, которые трудно обнаружить.
В основе метода лежит довольно простая идея. Живые системы умеют снова и снова собирать сложные молекулы, которые случайной химии получить гораздо труднее. Исследователи оценивают сложность с помощью индекса сборки: он показывает, сколько минимальных шагов потребуется, чтобы составить молекулу из более простых частей. Чем больше необходимых операций, тем выше индекс.
Высокая сложность сама по себе ещё не доказывает существование организма. Для поиска жизни важен большой объём сложных молекул, который трудно объяснить случайными реакциями. Такой химический признак называют биосигнатурой.
У прежних проверок метода оставалось слабое место. Учёные часто сравнивали биологические образцы с метеоритами или химическими смесями, где вещества свободно перемешиваются. На поверхности планеты условия гораздо запутаннее. Пористые камни содержат микроскопические полости и каналы, где одни вещества задерживаются, другие перемещаются между соседними участками, а реакции идут с разной скоростью.
Авторы решили выяснить, хватит ли одной пространственной структуры, чтобы неживая химия начала производить молекулы необычно высокой сложности. Для этого исследователи создали модель искусственной химической системы и меняли устройство сети, по которой перемещались вещества, а также скорость диффузии между соседними областями.
Упорядоченная среда действительно подняла индекс сборки по сравнению со случайно устроенной сетью. Регулярная решётка позволяла некоторым более сложным соединениям появляться чаще, то есть структура породы теоретически способна немного сдвинуть границу того, на что способна химия без жизни.
Однако главный результат оказался обнадёживающим для поисков внеземных организмов. Сильнее всего индекс рос при условиях, где сложные молекулы появлялись в очень малых количествах. Диффузия вдобавок могла мешать накоплению наиболее сложных соединений и снижать вероятность, что прибор вообще заметит их в образце.
Получается, пористая или упорядоченная среда способна сделать неживую химию сложнее, чем показывали простые лабораторные смеси, но модель не позволила ей наращивать сложность без предела. Для будущих космических миссий особенно важно учитывать сразу два признака: насколько сложны найденные молекулы и насколько много их удалось обнаружить.
Авторы не предлагают считать высокий индекс сборки окончательным доказательством жизни. Работа проверяет один из возможных источников ложного сигнала и показывает, где проходит его предел. Чем лучше исследователи понимают, насколько далеко может зайти химия без организмов, тем труднее случайному набору реакций будет выдать себя за настоящую жизнь.