Este artigo foi publicado originalmente em A conversa. A publicação contribuiu com o artigo para Space.com’s Vozes de especialistas: artigos de opinião e insights.
Quando os cientistas da NASA abriram o recipiente de retorno de amostra do OSIRIS-REx missão de amostra de asteróide no final de 2023, eles encontraram algo surpreendente.
Durante décadas, os cientistas previram que os primeiros asteróides poderiam ter fornecido os ingredientes da vida à Terra, e estas descobertas pareciam evidências promissoras.
Ainda mais surpreendente, estes aminoácidos de Determinar foram divididos quase igualmente entre as formas “canhotas” e “destras”. Os aminoácidos vêm em duas configurações de imagem espelhada, assim como nossas mãos esquerda e direita, chamadas formas quirais.
Na Terra, quase toda a biologia requer versões para canhotos. Se os cientistas tivessem encontrado um forte excesso canhoto em Bennu, isso teria sugerido que a assimetria molecular da vida poderia ter sido herdada diretamente do espaço. Em vez disso, a mistura quase igual aponta para uma história diferente: a preferência da vida pela esquerda provavelmente surgiu mais tarde, através de processos na Terra, em vez de ser pré-impressa no material entregue pelos asteróides.
Se as rochas espaciais podem conter ingredientes familiares, mas não a “assinatura” química que a vida deixa para trás, então identificar os verdadeiros sinais da biologia torna-se extremamente complicado.
Estas descobertas levantam uma questão mais profunda – que se torna mais urgente à medida que novas missões alvo Marteas luas marcianas e o mundos oceânicos do nosso sistema solar: Como os pesquisadores detectam a vida quando a química por si só começa a parecer “real”? Se os materiais inanimados podem produzir misturas ricas e organizadas de moléculas orgânicas, então os sinais tradicionais que usamos para reconhecer a biologia podem já não ser suficientes.
Como um cientista computacional estudando assinaturas biológicas, enfrento esse desafio diretamente. No meu trabalho de astrobiologia, pergunto como determinar se uma coleção de moléculas foi formada por geoquímica complexa ou por biologia extraterrestre, ao explorar outros planetas.
Em um novo estudo publicado na revista Nexus do PNASmeus colegas e eu desenvolvemos uma estrutura chamada LifeTracer para ajudar a responder a essa pergunta. Em vez de procurar uma única molécula ou estrutura que comprove a presença da biologia, tentámos classificar a probabilidade de as misturas de compostos preservados em rochas e meteoritos conterem vestígios de vida, examinando todos os padrões químicos que contêm.
Identificando possíveis bioassinaturas
A ideia chave por trás da nossa estrutura é que a vida produz moléculas com propósito, enquanto a química inanimada não o faz. As células devem armazenar energia, construir membranas e transmitir informações. Química abiótica produzido por processos químicos inanimados, mesmo quando abundante, segue regras diferentes porque não é moldado pelo metabolismo ou pela evolução.
As abordagens tradicionais de bioassinatura concentram-se na busca de compostos específicos, como certos aminoácidos ou estruturas lipídicas, ou por preferências quirais, como canhoto.
Esses sinais podem ser poderosos, mas baseiam-se inteiramente nos padrões moleculares usado pela vida na Terra. Se nós assumir que a vida alienígena usa a mesma químicacorremos o risco de perder uma biologia que é semelhante – mas não idêntica – à nossa, ou de identificar erroneamente a química inanimada como um sinal de vida.
Os resultados do Bennu destacam esse problema. A amostra do asteróide continha moléculas familiares à vida, mas nada dentro dela parecia estar vivo.
Para reduzir o risco de assumir que estas moléculas indicam vida, reunimos um conjunto de dados único de materiais orgânicos mesmo na linha divisória entre vida e não-vida. Usamos amostras de oito meteoritos ricos em carbono que preservam a química abiótica do início do sistema solar, bem como 10 amostras de solos e materiais sedimentares da Terra, contendo os restos degradados de moléculas biológicas de vidas passadas ou presentes. Cada amostra continha dezenas de milhares de moléculas orgânicas, muitas presentes em baixa abundância e muitas cujas estruturas não puderam ser totalmente identificadas.
E a NASA Centro de Voo Espacial Goddardnossa equipe de cientistas triturou cada amostra, adicionou solvente e aqueceu-a para extrair os orgânicos – esse processo é como preparar chá. Em seguida, pegamos o “chá” contendo os orgânicos extraídos e passamos por duas colunas filtrantes que separou a mistura complexa de moléculas orgânicas. Depois, os compostos orgânicos foram empurrados para uma câmara onde os bombardeámos com electrões até se partirem em fragmentos mais pequenos.
Tradicionalmente, os químicos usam esses fragmentos de massa como peças de um quebra-cabeça para reconstruir cada estrutura molecular, mas ter dezenas de milhares de compostos em cada amostra representava um desafio.
LifeTracer
LifeTracer é uma abordagem única para análise de dados: funciona pegando peças fragmentadas do quebra-cabeça e analisando-as para encontrar padrões específicos, em vez de reconstruir cada estrutura.
Ele caracteriza essas peças do quebra-cabeça por sua massa e duas outras propriedades químicas e depois as organiza em uma grande matriz que descreve o conjunto de moléculas presentes em cada amostra. Em seguida, treina um modelo de aprendizado de máquina para distinguir entre os meteoritos e os materiais terrestres da superfície da Terra, com base no tipo de moléculas presentes em cada um.
Uma das formas mais comuns de aprendizado de máquina é chamada de aprendizado supervisionado. Ele funciona tomando muitos pares de entrada e saída como exemplos e aprende uma regra para ir da entrada à saída. Mesmo com apenas 18 amostras como exemplos, o LifeTracer teve um desempenho notável. Ele separou consistentemente as origens abióticas das bióticas.
O que mais importava para o LifeTracer não era a presença de uma molécula específica, mas a distribuição geral das impressões digitais químicas encontradas em cada amostra. As amostras de meteoritos tendem a conter compostos mais voláteis – evaporam-se ou quebram-se mais facilmente – o que reflecte o tipo de química mais comum no ambiente frio do espaço.
Alguns tipos de moléculas, chamadas hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, estavam presentes em ambos os grupos, mas apresentavam diferenças estruturais distintas que o modelo poderia analisar. Um composto contendo enxofre, 1,2,4-tritiolano, emergiu como um forte marcador para amostras abióticas, enquanto os materiais terrestres continham produtos formados através de processos biológicos.
Estas descobertas sugerem que o contraste entre a vida e a não-vida não é definido por uma única pista química, mas pela forma como todo um conjunto de moléculas orgânicas é organizado. Ao focar em padrões em vez de suposições sobre quais moléculas a vida “deveria” usar, abordagens como o LifeTracer abrem novas possibilidades para avaliar amostras retornadas de missões a Marte, suas luas Fobos e Deimoslua de Júpiter Europa e a lua de Saturno Encélado.
Amostras futuras provavelmente conterão misturas de produtos orgânicos de múltiplas fontes, algumas biológicas e outras não. Em vez de confiar apenas em algumas moléculas familiares, podemos agora avaliar se toda a paisagem química se parece mais com a biologia ou com a geoquímica aleatória.
LifeTracer não é um detector de vida universal. Em vez disso, fornece uma base para a interpretação de misturas orgânicas complexas. As descobertas de Bennu lembram-nos que a química favorável à vida pode estar disseminada em todo o mundo. sistema solarmas que a química por si só não é igual à biologia.
Para perceber a diferença, os cientistas precisarão de todas as ferramentas que pudermos construir – não apenas naves espaciais e instrumentos melhores, mas também formas mais inteligentes de ler as histórias escritas nas moléculas que trazem para casa.
