211service.com
Kunstmatig leven deelt biosignatuur met terrestrische neven
In het begin van de jaren zestig werkte de onafhankelijke wetenschapper James Lovelock als adviseur voor NASA en ontwikkelde manieren om buitenaardse atmosferen te analyseren. Dit werk bracht hem tot de dramatische conclusie dat het leven een onuitwisbare stempel zou drukken op de chemische samenstelling van elke planeet.
Gedurende miljarden jaren, zei hij, zouden de levensprocessen een mist van chemicaliën creëren die anders is dan alles wat zich zou kunnen vormen in een gewoon chemisch evenwicht.
Hij ging zelfs verder en suggereerde dat deze atmosfeer en het leven dat het ondersteunde een soort zelfregulerend systeem zouden vormen dat zelf zou kunnen worden gezien als een levend organisme - de Gaia-hypothese. Lovelock zegt beroemd dat zodra hij de eerste analyse zag van de chemische samenstelling van de atmosfeer van Mars, die bijna volledig uit koolstofdioxide en stikstof bestaat, hij wist dat de planeet geen leven zou kunnen ondersteunen.
Sindsdien is het zoeken naar biosignaturen een belangrijk probleem geworden voor astrobiologen. We weten bijvoorbeeld dat door het leven op aarde grote hoeveelheden zuurstof en kleine hoeveelheden methaan worden gegenereerd. En dat carbonzuren in aardse levensvormen zelfs nogal oneven aantallen koolstofatomen hebben, een feit dat wordt gebruikt om verontreiniging in meteorietmonsters te identificeren.
Het probleem is natuurlijk dat we maar één voorbeeld van het leven hebben om te bestuderen. Dus de biosignaturen van het leven op aarde kunnen van weinig nut zijn voor het identificeren van buitenaardse levensvormen.
Vandaag stellen Evan Dorn van het California Institute of Technology en een paar vrienden een oplossing voor. Hun idee is om te zoeken naar meetbare eigenschappen van evolutie, in plaats van alleen maar leven. Zo'n eigenschap zou aanwezig moeten zijn in elk systeem dat is geëvolueerd, zeggen ze.
Dat is belangrijk omdat wetenschappers verschillende systemen hebben ontwikkeld waarin evolutie plaatsvindt. De bekendste zijn de verschillende pogingen om kunstmatig leven te maken met behulp van computercode en siliciumchips. . Zo'n handtekening zou zowel op aarde als in silicium.
Om daar achter te komen, keken Dorn en co in verschillende monsters naar de verdeling van biomoleculen, zoals amino- en carbonzuren. Ze vergeleken terrestrisch slib, dat duidelijk wemelt van het leven, met het resultaat van experimenten om aminozuren te synthetiseren, die geen leven hebben. En ze keken zelfs naar de samenstelling van meteorieten.
Hun resultaten zijn interessant. Ze ontdekten dat de verdeling van biomoleculen in afwezigheid van leven over het algemeen de thermodynamische kosten weerspiegelt om ze te maken. Er zijn dus veel meer eenvoudige aminozuren dan bijvoorbeeld complexe.
Monsters die leven bevatten, volgen dit patroon echter niet. Waar complexe biomoleculen een rol spelen in de processen van het leven, en dus enig voordeel opleveren, komen ze veel vaker voor dan met thermodynamische argumenten kan worden verklaard.
Dat is min of meer wat de meeste astrobiologen zouden verwachten.
Vervolgens deden Dorn en co een soortgelijk soort analyse van een systeem van kunstmatig leven genaamd Avida. In deze wereld zijn de bouwstenen van het leven elementen van computercode die eenvoudige instructies uitvoeren. Verbind meerdere instructies met elkaar en je hebt een complex molecuul. Als deze moleculen een code hebben waarmee ze kunnen kopiëren, kunnen ze zich voortplanten.
Omgevingsfactoren zoals de snelheid van mutatie worden extern gecontroleerd door computerwetenschappers die ook een constante stroom code injecteren die organismen kunnen consumeren terwijl ze evolueren. Dorn en co vergeleken vervolgens de distributie van code in Avidiaanse werelden voor en nadat evolutie had plaatsgevonden.
Het blijkt dat Avidiaanse wezens hetzelfde soort stempel op hun omgeving drukken als terrestrische organismen op die van hen. Avidians zorgt ervoor dat bepaalde stukjes code bij voorkeur worden geselecteerd, zodat ze veel vaker voorkomen in een geëvolueerd systeem dan in een systeem dat helemaal opnieuw begint.
Dorn en co noemen dit de biosignatuur van de monomeer-abundantiedistributie en veronderstellen dat het gemeenschappelijk is voor alle vormen van leven.
Dat is een potentieel opwindend resultaat - dat er een universele biosignatuur van evolutie is die kan worden gebruikt om elk soort geëvolueerd leven te herkennen. Noem het een evosignatuur.
Dorn en co zeggen zelfs dat hun evosignatuur veelbelovend kan zijn voor het detecteren van buitenaardse biochemie.
Misschien. Eerst moeten deze jongens nadenken over een aantal mogelijke problemen. De cruciale eigenschap van een biosignatuur is dat het het resultaat van het leven moet zijn, maar niet van andere gewone processen. Het moet uniek zijn.
Anders loop je het risico op allerlei valse positieven (zoals inderdaad is gebeurd met de Viking Mars-landertests die zijn ontworpen om leven te spotten).
Het is helemaal niet duidelijk dat dit het geval is met de handtekening van Dorn en co. Hoewel evolutie ongetwijfeld een cruciale rol speelt in de ontwikkeling van het leven, speelt het ook een belangrijke rol in andere processen. Computerwetenschappers maken bijvoorbeeld regelmatig gebruik van het evolutieproces om problemen zoals fabrieksplanning en vliegtuigontwerp op te lossen. Zouden deze processen ook een meetbare evosignatuur kunnen aantonen?
Het is te vroeg om te zeggen. Maar Dorn en co moeten dit controleren.
Natuurlijk is er hier ook een ander probleem. Wat deze discussie benadrukt, is de moeilijkheid om het leven in de eerste plaats te definiëren. Het kan zijn dat we nooit een biosignatuur of evosignatuur zullen vinden die een volledig ondubbelzinnig teken van leven is, slechts een goede indicator
Wat de uitkomst ook is, de nieuwe benadering om aLife te gebruiken om evosignatures te testen, lijkt een belangrijke nieuwe manier om dit probleem te onderzoeken.
Referentie: arxiv.org/abs/1101.1013 : Distributiepatronen van monomeerovervloed als een universele biosignatuur: voorbeelden uit het aardse en digitale leven