Et stort gentagende molekyle kan være det, der definerer livet

Da NASA er tættere på at lancere nye missioner til solsystemets ydre måner på jagt efter liv, forskere fornyer deres fokus på at udvikle et sæt universelle livskarakteristika, der kan måles.

Der er megen debat om, hvad der kan betragtes som et klart livstegn, delvis, fordi der er så mange definitioner, der adskiller det animerede fra det livløse. NASAs fremtidige missioner til lovende steder i Europa, Enceladus og Titan har deres individuelle tilgange til at opdage liv, men en respekteret stemme i feltet siger, at der er en bedre måde, der er langt mindre tilbøjelig til falske positive.

Den bemærkede kemiker og astrobiolog Steven Benner siger, at livets signatur ikke nødvendigvis findes i nærvær af bestemte elementer og forbindelser, heller ikke dens virkninger på det omgivende miljø, og er bestemt ikke noget, der er synligt for det blotte øje (eller endda et sofistikeret kamera).

Hellere, Livet kan ses som en struktur, en molekylær rygrad, som Benner og hans gruppe, Foundation for Applied Molecular Evolution (FfAME), har identificeret sig som den fælles arv efter alle levende ting. Dens centrale funktion er at muliggøre, hvad forskere fra livets oprindelse generelt ser som en væsentlig dynamik i livets begyndelse og dets øgede kompleksitet og spredning:Darwin-evolution via overførsel af information, mutation og overførsel af disse mutationer.

"Det, vi leder efter, er en universel molekylær bio-signatur, og den findes i vand, «siger Benner.

"Du vil have et genetisk molekyle, der kan ændre fysiske forhold uden at ændre fysiske egenskaber - som DNA og RNA kan gøre."

Leder du efter DNA eller RNA på en iskold måne, eller andre steder ville forudsætte liv som vores eget - og liv, der allerede har udviklet sig en del. En mere generel tilgang er at finde en lineær polymer (et stort molekyle, eller makromolekyle, sammensat af mange gentagne underenheder, hvoraf DNA og RNA er typer) med en elektrisk ladning. At, han sagde, er en struktur, der er universel for livet, og det kan detekteres.

Som beskrevet i en nylig artikel, som Benners gruppe offentliggjorde i tidsskriftet Astrobiologi :"de eneste molekylære systemer, der er i stand til at understøtte darwinistisk information, er lineære polymerer, der har en gentagen rygradladning. Disse kaldes 'polyelektrolytter.' Disse data tyder på, at polyelektrolytter vil være de genetiske molekyler i alt liv, uanset hvad dens oprindelse er, og uanset hvilken retning eller tempo der er i dens naturhistorie, så længe den lever i vand. "

Gennem mange års eksperimenter, Benner og andre har fundet ud af, at elektriske ladninger i disse afgørende polymerer, eller "rygrad, "af livet skal gentages. Hvis de er en blanding af positive og negative ladninger, så går evnen til at videregive ændrede oplysninger uden at selve strukturen ændres tabt.

Og som et resultat, Benner siger, opdager disse ladede, lineære og gentagende store molekyler er muligvis ganske muligt på Europa eller Enceladus eller hvor som helst der findes vand. Alt du skal gøre er at udsætte de ladede og gentagende molekylære strukturer for et instrument med den modsatte ladning og måle reaktionen.

James Green, direktør for NASA's Planetary Sciences division, ser værdier i denne tilgang.

"Benners polyelektrolytstudie er fascinerende for mig, da det giver vores forskere et andet kritisk diskussionspunkt om at finde liv med et lille antal eksperimenter, " han siger.

"At finde liv er en meget høj bar for at krydse; det skal metabolisere, reproducere, og udvikle mig - alt dette kan jeg ikke udvikle et eksperiment til at måle på en anden planet eller måne. Hvis det ikke taler eller bevæger sig foran kameraet, står vi tilbage med at udvikle et meget udfordrende sæt instrumenter, der kun kan måle attributter. Så polyelektrolytter er en til at overveje. "

Benner har beskrevet sin universelle molekylære biosignatur til ledere i grupperne, der konkurrerer om New Frontiers-missioner, som fylder hullet mellem mindre Discovery -missioner og store flagskibs planetariske missioner.

Det har taget et stykke tid, men på grund af hans indsats over flere år, han bemærker, at interessen ser ud til at vokse i at inkorporere hans fund. I særdeleshed, Chris McKay, en fremtrædende astrobiolog ved NASAs Ames Research Center og medlem af et af New Frontiers Enceladus forslagsteams, siger, at han synes, der er fortjeneste ved Benners idé.

"Det virkelig interessante aspekt af dette forslag er, at nye teknologier nu er tilgængelige til sekventering af DNA, der kan generaliseres til at læse ethvert lineært molekyle, "McKay skriver i en e -mail.

Med andre ord, de kan påvise eventuelle polyelektrolytter.

Andre teams er overbeviste om, at deres egne former for livdetekteringsinstrumenter kan klare jobbet. Morgan Cable, stedfortrædende projektforsker for Enceladus Life Finder -forslaget, hun siger, at hendes team har stor tillid til sin firkantede tilgang. Pakken indeholder instrumenter som massespektrometre, der er i stand til at detektere store molekyler forbundet med liv; målinger af energigradienter, der tillader liv at blive næret; påvisning af isotopiske signaturer forbundet med liv; og identifikation af lange carbonkæder, der fungerer som membraner til at rumme komponenterne i en celle.

"Ikke én, men alle fire indikatorer skal pege på livet for at foretage en potentiel opdagelse, "Siger kabel.

NASA nedbringer 12 forslag sidst på året, så, Benners ideer kunne også spille en rolle senere i processen.

NASAs mål er at vælge sin næste New Frontiers -mission om cirka to år, med lancering i midten af ​​2020'erne.

Europa Clipper -orbitermissionen er foreløbig planlagt til at blive lanceret i 2022, men dens ledsager er blevet skrubbet midlertidigt af Trump -administrationen.

Ikke desto mindre, NASA ringede i sidste måned efter instrumenter, der en dag kunne prøve Europas is. Benner håber endnu engang, at hans teori om polyelektrolytter som nøglen til at identificere liv i vand eller is vil blive overvejet og omfavnet.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASA's Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.