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La vita artificiale condivide la biofirma con i cugini terrestri
All'inizio degli anni '60, lo scienziato indipendente James Lovelock ha lavorato come consulente per la NASA sviluppando metodi per analizzare le atmosfere extraterrestri. Questo lavoro lo portò alla drammatica conclusione che la vita avrebbe lasciato un'impronta indelebile sulla composizione chimica di qualsiasi pianeta.
Nel corso di miliardi di anni, ha detto, i processi della vita creerebbero una nebbia di sostanze chimiche diversa da qualsiasi cosa possa formarsi in un normale equilibrio chimico.
Andò anche oltre suggerendo che questa atmosfera e la vita che sosteneva avrebbero formato una sorta di sistema di autoregolazione che potrebbe essere pensato come un organismo vivente: l'ipotesi di Gaia. Lovelock dice che non appena ha visto la prima analisi della composizione chimica dell'atmosfera marziana, che è quasi interamente anidride carbonica e azoto, ha capito che il pianeta non poteva sostenere la vita.
Da allora, la ricerca di biofirme è diventata un problema importante per gli astrobiologi. Sappiamo, ad esempio, che grandi quantità di ossigeno e piccole quantità di metano sono generate dalla vita sulla Terra. E che gli acidi carbossilici nelle forme di vita terrestri tendono ad avere un numero anche piuttosto dispari di atomi di carbonio, un fatto che viene utilizzato per identificare la contaminazione nei campioni di meteoriti.
Il problema, ovviamente, è che abbiamo un solo esempio di vita da studiare. Quindi le biofirme della vita sulla Terra potrebbero essere di scarsa utilità per identificare le forme di vita ET.
Oggi, Evan Dorn del California Institute of Technology e un paio di amici suggeriscono una soluzione. La loro idea è di cercare proprietà misurabili dell'evoluzione, piuttosto che mera vita. Una tale proprietà dovrebbe essere presente in qualsiasi sistema che si è evoluto, dicono.
Questo è importante perché gli scienziati hanno sviluppato diversi sistemi in cui ha luogo l'evoluzione, il più famoso dei quali sono i vari tentativi di creare vita artificiale utilizzando il codice del computer e i chip di silicio. . Una tale firma dovrebbe essere presente sia sulla Terra che in silico.
Per scoprirlo, Dorn e co. hanno esaminato in vari campioni la distribuzione di biomolecole, come gli amminoacidi e gli acidi carbossilici. Hanno confrontato il fango terrestre, che è ovviamente brulicante di vita, con il risultato di esperimenti per sintetizzare amminoacidi, che non hanno vita. E hanno anche esaminato la composizione dei meteoriti.
I loro risultati sono interessanti. Hanno scoperto che la distribuzione delle biomolecole in assenza di vita riflette generalmente il costo termodinamico della loro produzione. Quindi ci sono molti più amminoacidi semplici di quelli complessi, per esempio.
Tuttavia, i campioni contenenti vita non seguono questo schema. Laddove le biomolecole complesse svolgono un ruolo nei processi della vita, e quindi conferiscono un qualche tipo di vantaggio, sono molto più comuni di quanto si possa spiegare con argomenti termodinamici.
Questo è più o meno ciò che la maggior parte degli astrobiologi si aspetterebbe.
Successivamente, Dorn e compagni hanno fatto un tipo di analisi simile su un sistema di vita artificiale chiamato Avida. In questo mondo, gli elementi costitutivi della vita sono elementi di codice informatico che eseguono semplici istruzioni. Collega diverse istruzioni insieme e hai una molecola complessa. Se queste molecole hanno un codice che consente loro di copiare, possono riprodursi.
I fattori ambientali come il tasso di mutazione sono controllati esternamente da scienziati informatici che iniettano anche un flusso costante di codice che gli organismi possono consumare mentre si evolvono. Dorn e compagni hanno quindi confrontato la distribuzione del codice nei mondi avidiani prima e dopo l'evoluzione.
Si scopre che le creature avidiane fanno lo stesso tipo di impronta sul loro ambiente come fanno gli organismi terrestri sul loro. Gli avidian assicurano che determinati bit di codice siano selezionati preferenzialmente in modo che siano molto più comuni in un sistema evoluto che in uno che parte da zero.
Dorn e compagni la chiamano biofirma della distribuzione dell'abbondanza dei monomeri e ipotizzano che sia comune a tutte le forme di vita.
Questo è un risultato potenzialmente eccitante: che esiste una biofirma universale dell'evoluzione che potrebbe essere utilizzata per individuare qualsiasi tipo di vita evoluta. Chiamala evosignature.
Dorn e compagni affermano persino che la loro evosignature potrebbe mostrare la promessa di rilevare biochimiche aliene.
Forse. Innanzitutto, questi ragazzi dovranno pensare ad alcuni potenziali problemi. La proprietà cruciale di una biofirma è che deve essere il risultato della vita ma non di altri processi ordinari. Deve essere unico.
Altrimenti corri il rischio di ogni tipo di falsi positivi (come del resto è successo con i test del lander Viking Mars progettati per individuare la vita).
Non è affatto chiaro che questo sia il caso della firma di Dorn e co. Mentre l'evoluzione gioca indubbiamente un ruolo cruciale nello sviluppo della vita, svolge anche un ruolo importante in altri processi. Ad esempio, gli scienziati informatici sfruttano regolarmente il processo di evoluzione per risolvere problemi come la programmazione della fabbrica e la progettazione degli aerei. Questi processi dimostrerebbero anche un'evosignature misurabile?
È troppo presto per dirlo. Ma Dorn e compagni devono verificarlo.
Naturalmente, c'è anche un altro problema qui. Ciò che questa discussione mette in evidenza è la difficoltà nel definire la vita in primo luogo. Può darsi che non troveremo mai una biofirma o una evofirma che sia un segno di vita del tutto inequivocabile, ma solo un buon indicatore
Qualunque sia il risultato, il nuovo approccio all'utilizzo di aLife per testare le firme elettroniche sembra un nuovo modo importante per indagare su questo problema.
Rif: arxiv.org/abs/1101.1013 : Modelli di distribuzione dell'abbondanza di monomeri come biofirma universale: esempi dalla vita terrestre e digitale