Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. La publicación contribuyó con el artículo a Expert Voices: Op-Ed & Insights de Space.com.
Cuando los científicos de la NASA abrieron el recipiente de retorno de muestras de la misión de muestras del asteroide OSIRIS-REx a finales de 2023, encontraron algo sorprendente.
te puede gustar
Durante décadas, los científicos han predicho que los primeros asteroides pueden haber traído los ingredientes de la vida a la Tierra, y estos hallazgos parecían una evidencia prometedora.
Aún más sorprendente es que estos aminoácidos de Bennu se dividieron casi por igual entre las formas “zurdas” y “diestras”. Los aminoácidos vienen en dos configuraciones especulares, al igual que nuestras manos izquierda y derecha, llamadas formas quirales.
En la Tierra, casi toda la biología requiere versiones para zurdos. Si los científicos hubieran encontrado un fuerte exceso de zurdos en Bennu, habría sugerido que la asimetría molecular de la vida podría haber sido heredada directamente del espacio. En cambio, la mezcla casi igual apunta a una historia diferente: la preferencia de la vida por la izquierda probablemente surgió más tarde, a través de procesos en la Tierra, en lugar de estar preimpresa en el material entregado por los asteroides.
Si las rocas espaciales pueden contener ingredientes familiares pero no la “firma” química que deja la vida, entonces identificar los verdaderos signos de la biología se vuelve extremadamente complicado.
Estos descubrimientos plantean una pregunta más profunda, que se vuelve más urgente a medida que nuevas misiones apuntan a Marte, las lunas marcianas y los mundos oceánicos de nuestro sistema solar: ¿cómo detectan los investigadores la vida cuando la química por sí sola comienza a parecer “real”? Si los materiales no vivos pueden producir mezclas ricas y organizadas de moléculas orgánicas, entonces los signos tradicionales que utilizamos para reconocer la biología tal vez ya no sean suficientes.
Como científico computacional que estudia firmas biológicas, afronto este desafío directamente. En mi trabajo de astrobiología, pregunto cómo determinar si un conjunto de moléculas se formó por geoquímica compleja o por biología extraterrestre, al explorar otros planetas.
En un nuevo estudio publicado en la revista PNAS Nexus, mis colegas y yo desarrollamos un marco llamado LifeTracer para ayudar a responder esta pregunta. En lugar de buscar una única molécula o estructura que demuestre la presencia de biología, intentamos clasificar la probabilidad de que mezclas de compuestos conservados en rocas y meteoritos contuvieran rastros de vida examinando todos los patrones químicos que contienen.
te puede gustar
Identificación de posibles biofirmas
La idea clave detrás de nuestro marco es que la vida produce moléculas con un propósito, mientras que la química no viva no. Las células deben almacenar energía, construir membranas y transmitir información. La química abiótica producida por procesos químicos no vivos, incluso cuando es abundante, sigue reglas diferentes porque no está determinada por el metabolismo o la evolución.
Los enfoques tradicionales de biofirmas se centran en la búsqueda de compuestos específicos, como ciertos aminoácidos o estructuras lipídicas, o preferencias quirales, como la zurda.
Estas señales pueden ser poderosas, pero se basan enteramente en los patrones moleculares utilizados por la vida en la Tierra. Si asumimos que la vida extraterrestre utiliza la misma química, corremos el riesgo de pasar por alto una biología que es similar –pero no idéntica– a la nuestra, o de identificar erróneamente la química no viviente como un signo de vida.
Los resultados de Bennu resaltan este problema. La muestra del asteroide contenía moléculas familiares para la vida, pero nada en su interior parece haber estado vivo.
Para reducir el riesgo de asumir que estas moléculas indican vida, reunimos un conjunto de datos único de materiales orgánicos justo en la línea divisoria entre vida y no vida. Utilizamos muestras de ocho meteoritos ricos en carbono que preservan la química abiótica del sistema solar primitivo, así como 10 muestras de suelos y materiales sedimentarios de la Tierra, que contienen restos degradados de moléculas biológicas de vida pasada o presente. Cada muestra contenía decenas de miles de moléculas orgánicas, muchas de ellas presentes en baja abundancia y muchas cuyas estructuras no pudieron identificarse completamente.
En el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, nuestro equipo de científicos trituró cada muestra, añadió disolvente y la calentó para extraer la materia orgánica; este proceso es como preparar té. Luego, tomamos el “té” que contenía los compuestos orgánicos extraídos y lo pasamos a través de dos columnas de filtrado que separaron la mezcla compleja de moléculas orgánicas. Luego, los compuestos orgánicos fueron empujados a una cámara donde los bombardeamos con electrones hasta que se rompieron en fragmentos más pequeños.
Tradicionalmente, los químicos utilizan estos fragmentos de masa como piezas de un rompecabezas para reconstruir cada estructura molecular, pero tener decenas de miles de compuestos en cada muestra presentaba un desafío.
rastreador de vida
LifeTracer es un enfoque único para el análisis de datos: funciona tomando las piezas fragmentadas del rompecabezas y analizándolas para encontrar patrones específicos, en lugar de reconstruir cada estructura.
Caracteriza esas piezas del rompecabezas por su masa y otras dos propiedades químicas y luego las organiza en una gran matriz que describe el conjunto de moléculas presentes en cada muestra. Luego entrena un modelo de aprendizaje automático para distinguir entre los meteoritos y los materiales terrestres de la superficie de la Tierra, según el tipo de moléculas presentes en cada uno.
Una de las formas más comunes de aprendizaje automático se llama aprendizaje supervisado. Funciona tomando muchos pares de entrada y salida como ejemplos y aprende una regla para pasar de la entrada a la salida. Incluso con sólo 18 muestras como esos ejemplos, LifeTracer funcionó notablemente bien. Separó consistentemente los orígenes abióticos de los bióticos.
Lo que más le importaba a LifeTracer no era la presencia de una molécula específica sino la distribución general de las huellas químicas encontradas en cada muestra. Las muestras de meteoritos tendían a contener compuestos más volátiles (se evaporan o se rompen más fácilmente), lo que reflejaba el tipo de química más común en el ambiente frío del espacio.
Algunos tipos de moléculas, llamadas hidrocarburos aromáticos policíclicos, estaban presentes en ambos grupos, pero tenían diferencias estructurales distintivas que el modelo podía analizar. Un compuesto que contiene azufre, el 1,2,4-tritiolano, surgió como un fuerte marcador para muestras abióticas, mientras que los materiales terrestres contenían productos formados mediante procesos biológicos.
Estos descubrimientos sugieren que el contraste entre vida y no vida no se define por una única pista química sino por cómo se organiza un conjunto completo de moléculas orgánicas. Al centrarse en patrones en lugar de suposiciones sobre qué moléculas “debería” utilizar la vida, enfoques como LifeTracer abren nuevas posibilidades para evaluar muestras devueltas de misiones a Marte, sus lunas Fobos y Deimos, la luna Europa de Júpiter y la luna Encelado de Saturno.
Es probable que las muestras futuras contengan mezclas de compuestos orgánicos de múltiples fuentes, algunas biológicas y otras no. En lugar de depender únicamente de unas pocas moléculas familiares, ahora podemos evaluar si todo el panorama químico se parece más a la biología o a la geoquímica aleatoria.
LifeTracer no es un detector de vida universal. Más bien, proporciona una base para interpretar mezclas orgánicas complejas. Los hallazgos de Bennu nos recuerdan que la química favorable a la vida puede estar muy extendida en todo el sistema solar, pero que la química por sí sola no equivale a la biología.
Para notar la diferencia, los científicos necesitarán todas las herramientas que podamos construir: no sólo mejores naves e instrumentos espaciales, sino también formas más inteligentes de leer las historias escritas en las moléculas que traen a casa.