Künstliches Leben teilt Biosignatur mit terrestrischen Cousins

In den frühen 1960er Jahren arbeitete der unabhängige Wissenschaftler James Lovelock als Berater für die NASA an der Entwicklung von Methoden zur Analyse außerirdischer Atmosphären. Diese Arbeit führte ihn zu der dramatischen Schlussfolgerung, dass das Leben einen unauslöschlichen Stempel auf der chemischen Zusammensetzung jedes Planeten hinterlassen würde.

Über Milliarden von Jahren, sagte er, würden die Prozesse des Lebens einen Nebel aus Chemikalien erzeugen, der anders ist als alles, was sich in einem gewöhnlichen chemischen Gleichgewicht bilden könnte.

Er ging sogar noch weiter und schlug vor, dass diese Atmosphäre und das von ihr unterstützte Leben eine Art selbstregulierendes System bilden würden, das man sich selbst als lebenden Organismus vorstellen könnte – die Gaia-Hypothese. Lovelock sagt bekanntlich, dass er, sobald er die erste Analyse der chemischen Zusammensetzung der Marsatmosphäre, die fast ausschließlich aus Kohlendioxid und Stickstoff besteht, sah, wusste, dass der Planet kein Leben unterstützen kann.

Seitdem ist die Suche nach Biosignaturen ein wichtiges Problem für Astrobiologen. Wir wissen zum Beispiel, dass das Leben auf der Erde große Mengen Sauerstoff und geringe Mengen Methan erzeugt. Und dass Carbonsäuren in terrestrischen Lebensformen eher eine ungerade Anzahl von Kohlenstoffatomen haben, eine Tatsache, die verwendet wird, um Kontaminationen in Meteoritenproben zu identifizieren.

Das Problem ist natürlich, dass wir nur ein Beispiel für das Leben studieren müssen. Daher können die Biosignaturen des Lebens auf der Erde für die Identifizierung von ET-Lebensformen von geringem Nutzen sein.

Heute schlagen Evan Dorn vom California Institute of Technology und ein paar Freunde eine Lösung vor. Ihre Idee ist es, nach messbaren Eigenschaften der Evolution zu suchen, anstatt nach bloßem Leben. Eine solche Eigenschaft sollte in jedem System vorhanden sein, das sich entwickelt hat, sagen sie.

Das ist wichtig, weil Wissenschaftler mehrere Systeme entwickelt haben, in denen Evolution stattfindet, von denen die bekanntesten die verschiedenen Versuche sind, künstliches Leben mit Computercode und Siliziumchips zu erschaffen. . Eine solche Signatur sollte sowohl auf der Erde als auch auf der Erde vorhanden sein in silikon.

Um das herauszufinden, untersuchten Dorn und Co. in verschiedenen Proben die Verteilung von Biomolekülen wie Amino- und Carbonsäuren. Sie verglichen irdischen Schlamm, der offensichtlich vor Leben nur so wimmelt, mit den Ergebnissen von Experimenten zur Synthese von Aminosäuren, die kein Leben haben. Und sie haben sich sogar die Zusammensetzung von Meteoriten angeschaut.

Ihre Ergebnisse sind interessant. Sie fanden heraus, dass die Verteilung von Biomolekülen in Abwesenheit von Leben im Allgemeinen die thermodynamischen Kosten ihrer Herstellung widerspiegelt. So gibt es beispielsweise weit mehr einfache Aminosäuren als komplexe.

Proben, die Leben enthalten, folgen diesem Muster jedoch nicht. Wo komplexe Biomoleküle in den Prozessen des Lebens eine Rolle spielen und daher einen Vorteil bringen, sind sie viel häufiger, als sich mit thermodynamischen Argumenten erklären lässt.

Das ist mehr oder weniger das, was die meisten Astrobiologen erwarten würden.

Als nächstes führten Dorn und Co eine ähnliche Analyse eines Systems künstlichen Lebens namens Avida durch. In dieser Welt sind die Bausteine ​​des Lebens Elemente des Computercodes, die einfache Anweisungen ausführen. Verbinden Sie mehrere Anweisungen miteinander und Sie haben ein komplexes Molekül. Wenn diese Moleküle einen Code haben, der ihnen das Kopieren ermöglicht, können sie sich reproduzieren.

Umweltfaktoren wie die Mutationsrate werden extern von Computerwissenschaftlern kontrolliert, die auch einen konstanten Strom von Code injizieren, den Organismen während ihrer Entwicklung verbrauchen können. Dorn und Co verglichen dann die Verteilung des Codes in Avidian-Welten vor und nach der Evolution.

Es stellt sich heraus, dass avidische Kreaturen ihre Umwelt genauso prägen wie terrestrische Organismen. Avidianer stellen sicher, dass bestimmte Code-Bits bevorzugt ausgewählt werden, so dass sie in einem weiterentwickelten System viel häufiger vorkommen als in einem, das bei Null beginnt.

Dorn und Co. nennen dies die Biosignatur der Verteilung der Monomerhäufigkeit und stellen die Hypothese auf, dass sie allen Lebensformen gemeinsam ist.

Das ist ein potenziell aufregendes Ergebnis – dass es eine universelle Biosignatur der Evolution gibt, die verwendet werden könnte, um jede Art von weiterentwickeltem Leben zu erkennen. Nennen Sie es eine Evosignatur.

Dorn und Co. sagen sogar, dass ihre Evosignatur vielversprechend sein könnte, um außerirdische Biochemie zu entdecken.

Womöglich. Zuerst müssen diese Leute über einige potenzielle Probleme nachdenken. Die entscheidende Eigenschaft einer Biosignatur ist, dass sie das Ergebnis von Leben sein muss, aber nicht von anderen gewöhnlichen Prozessen. Es muss einzigartig sein.

Andernfalls riskieren Sie alle Arten von Fehlalarmen (wie es tatsächlich bei den Viking-Mars-Landertests zur Erkennung von Leben der Fall war).

Dass dies bei der Unterschrift von Dorn und Co. der Fall ist, ist keineswegs klar. Während die Evolution zweifellos eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung des Lebens spielt, spielt sie auch bei anderen Prozessen eine wichtige Rolle. Beispielsweise nutzen Informatiker regelmäßig den Evolutionsprozess, um Probleme wie Fabrikplanung und Flugzeugdesign zu lösen. Würden diese Prozesse auch eine messbare Evosignatur aufweisen?

Es ist zu früh, um es zu sagen. Aber Dorn und Co müssen das überprüfen.

Natürlich gibt es auch hier ein anderes Problem. Was diese Diskussion hervorhebt, ist die Schwierigkeit, das Leben überhaupt zu definieren. Es kann sein, dass wir nie eine Bio- oder Evosignatur finden werden, die ein ganz eindeutiges Lebenszeichen ist, nur ein guter Indikator

Wie auch immer das Ergebnis aussehen wird, der neue Ansatz, mit aLife zum Testen von Evosignaturen zu arbeiten, scheint ein wichtiger neuer Weg zur Untersuchung dieses Problems zu sein.

Ref: arxiv.org/abs/1101.1013 : Verteilungsmuster der Monomerfülle als universelle Biosignatur: Beispiele aus dem terrestrischen und digitalen Leben

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