I modelli molecolari possono aiutare a identificare la vita extraterrestre
Gli scienziati hanno iniziato seriamente la ricerca della vita extraterrestre nel Sistema Solare.
A differenza degli umani sulla Terra, la vita extraterrestre può essere completamente diversa. Quindi, i metodi per rilevare molecole specifiche come firme biologiche possono essere impropri in quanto gli extraterrestri potrebbero avere storie evolutive diverse.
La ricerca della vita include l’ascolto di segnali radio da civiltà avanzate nello spazio profondo, la ricerca di sottili differenze nella composizione atmosferica dei pianeti attorno ad altre stelle e il tentativo diretto di misurarla in campioni di suolo e ghiaccio raccolti utilizzando veicoli spaziali nel nostro sistema solare.
Quest’ultima classificazione consente loro di offrire direttamente la loro strumentazione analitica chimica più avanzata come potente influenza per i campioni extraterrestri. Forse, in ogni caso, riportare sulla Terra una parte dei campioni.
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La spettrometria di massa (MS) è un metodo essenziale da cui gli scienziati dipenderanno per cercare la vita extraterrestre. La tecnica può misurare un gran numero di miscele presenti negli esempi e, in questo senso, dare una sorta di “impronta digitale” della loro composizione. Tuttavia, decifrare quelle impronte digitali può essere precario.
Sulla Terra, la vita si basa sugli stessi principi molecolari altamente coordinati. Tuttavia, nelle simulazioni dei processi primitivi che gli scienziati ritengono possano aver aggiunto alle origini della vita sulla Terra, si distinguono frequentemente numerosi adattamenti comparabili ma marginalmente vari delle particolari molecole utilizzate dalla vita terrestre. Inoltre, anche le misure sulle sostanze che avvengono normalmente sono pronte a creare un numero significativo di elementi costitutivi delle molecole biologiche.
Esistono altre forme di vita intelligente nell’universo?
Da tempo gli scienziati sono preoccupati per il fatto che i pregiudizi verso forme di vita simili alla vita sulla Terra potrebbero far fallire i loro metodi di rilevamento.
Scienziati presso l’Earth-Life Science Institute presso il Tokyo Institute of Technology in Giappone e il National High Magnetic Field Laboratory (The National MagLab) negli Stati Uniti hanno affrontato questo problema utilizzando un approccio computazionale combinato sperimentale e di apprendimento automatico.
Il loro approccio potrebbe accedere a miscele organiche complesse utilizzando la spettrometria di massa per classificarle come biologiche o abiologiche.
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Gli scienziati hanno utilizzato la SM ad altissima risoluzione per misurare gli spettri di massa di un’ampia varietà di miscele organiche complesse, comprese quelle derivate da campioni abiologici realizzati in laboratorio, miscele organiche trovate nei meteoriti, microrganismi coltivati in laboratorio che soddisfano tutti i criteri moderni di vita, compresi nuovi organismi microbici isolati e coltivati dal coautore dell’ELSI Tomohiro Mochizuki, e il petrolio non trasformato, che è derivato da organismi vissuti molto tempo fa sulla Terra, fornendo un esempio di come l ‘”impronta digitale” di organismi viventi noti potrebbe cambiare rispetto a tempo.
Ciascuno di questi campioni conteneva decine di migliaia di composti molecolari discreti, che fornivano un ampio insieme di spettri MS che potevano essere confrontati e classificati.
Gli strumenti alla portata degli scienziati sono sempre più affidabili
Quando gli scienziati hanno inserito i loro dati grezzi in un algoritmo di apprendimento automatico, hanno scoperto che gli algoritmi potevano classificare accuratamente i campioni come viventi o non viventi con una precisione del 95% circa. Ha semplificato notevolmente i dati grezzi, rendendo plausibile che gli strumenti di bassa precisione utilizzati sui veicoli spaziali potessero ottenere dati con una risoluzione sufficiente per consentire l’accuratezza della classificazione biologica ottenuta dal team.
Il coautore Huan Chen del National MagLab degli Stati Uniti ha dichiarato: “Questo lavoro apre molte strade entusiasmanti per l’utilizzo della spettrometria di massa ad altissima risoluzione per applicazioni astrobiologiche”.
L’autore principale Nicholas Guttenberg aggiunge: “Sebbene sia difficile, se non impossibile, caratterizzare ogni picco in una miscela chimica complessa, l’ampia distribuzione dei componenti può contenere schemi e relazioni informative sul processo mediante il quale quella miscela è nata o si è sviluppata. Supponiamo di voler capire la complessa chimica prebiotica. In tal caso, abbiamo bisogno di modi di pensare a questi schemi generali – come si verificano, cosa implicano e come cambiano – piuttosto che la presenza o l’assenza di singole molecole. Questo articolo è una prima indagine sulla fattibilità e sui metodi di caratterizzazione a quel livello. Mostra che anche scartando le misurazioni di massa ad alta precisione, ci sono informazioni importanti nella distribuzione dei picchi che possono essere utilizzate per identificare i campioni in base al tipo di processo che li ha prodotti”.
Il coautore Jim Cleaves di ELSI afferma: “Questo tipo di analisi relazionale può offrire ampi vantaggi per la ricerca della vita nel sistema solare, e forse anche in esperimenti di laboratorio progettati per ricreare le origini della vita”.
Gli scienziati stanno inoltre pianificando di capire esattamente quali aspetti di questo tipo di analisi dei dati consentono una classificazione così efficace.
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