科学家可能发现了一种搜寻外星生命的强有力的新方法——并非通过搜寻特定的分子，而是通过寻找分子组织方式中隐藏的模式。研究人员发现，生命系统会在氨基酸和脂肪酸的统计分布中留下一种化学“指纹”，这种指纹始终与非生命化学过程存在差异。
但发表在《自然·天文学》上的新研究表明，答案可能不在于分子本身，而在于连接它们的隐藏模式。
“我们要展示的是，生命不仅产生分子，”加州大学河滨分校行星科学助理教授、该研究的合著者法比安·克伦纳说，“生命还产生了一种我们可以通过应用统计学观察到的组织原理。”
隐藏的化学模式可能揭示生命
研究人员发现，在生命系统中发现的氨基酸往往比通过非生物过程形成的氨基酸更加多样化，分布也更加均匀。脂肪酸则呈现出相反的趋势，非生命化学过程产生的分布比生物过程产生的分布更加均匀。
据该团队称，这是首次有研究表明，仅通过统计学就能检测到这种潜在的生命特征，而无需依赖任何单一的专用仪器。这意味着该方法可能利用当前和未来太空任务已经收集的数据发挥作用。
这些发现出炉之际，正值行星探索快速发展之时。研究火星、木卫二、土卫二和其他世界的任务正在产生越来越详细的有机化学测量数据。然而，解读这些化学信号仍然是一个重大挑战。
许多与地球生命有关的分子，包括氨基酸和脂肪酸，也可以在没有生物学作用的情况下自然形成。科学家们在陨石中发现了它们，并在旨在模拟太空环境的实验室实验中制造了它们。因此，仅仅检测到这些化合物并不被认为是确认生命存在的足够有力证据。
“天体生物学本质上是一门取证科学，”以色列魏茨曼科学研究所的博士后研究员、该研究的第一作者吉迪恩·约菲说。“我们试图从不完整的线索中推断过程，往往只能依靠那些极其昂贵且罕见的任务所收集的非常有限的数据。”
借用生态学的工具
为了解决这个问题，研究人员采用了一种生态学中常用的统计方法。生态学家使用两个主要概念来衡量生物多样性：丰富度，描述存在多少不同的物种；均匀度，衡量它们分布的均匀程度。
约菲在攻读统计学和数据科学博士学位期间首次接触到了这一框架，当时多样性指标被用于揭示复杂数据集中的模式，包括涉及古代人类文化的研究。
随后，该团队将同样的统计逻辑应用于可能与地外生命有关的化学研究。
科学家们利用大约100个现有数据集，检查了来自微生物、土壤、化石、陨石、小行星和合成实验室样品的氨基酸及脂肪酸。生物材料一次又一次地展示出独特的组织模式，使其与非生命化学物质区分开来。
化石仍带有远古生命的迹象
最令人惊讶的发现之一是，尽管该方法很简单，但其有效性却依然显著。
通过这种统计学视角分析样品，研究人员能够可靠地区分生物样品和非生物样品。他们还观察到，生物材料形成了一个从保存完好到严重降解的连续谱。
“这真的很令人惊讶，”克伦纳说。“该方法不仅捕捉到了生命与非生命之间的区别，还捕捉到了保存和蚀变的程度。”
即使是经历了显著降解的样品，仍然保留了这种组织结构的痕迹。例如，研究中包含的恐龙蛋化石继续显示出与远古生物活动有关的可检测统计模式。
未来太空任务的新工具
研究人员告诫说，没有任何单一技术足以证明地外生命的存在。
“未来任何关于发现生命的声明都需要多条独立的证据线，并结合行星环境的地质和化学背景进行解释，”克伦纳说。
尽管如此，该团队认为这一框架可能成为未来寻找地球以外生命证据的行星任务的有益补充。
“我们的方法是评估那里是否曾经存在生命的又一种途径，”克伦纳说。“如果不同的技术都指向同一个方向，那么这就变得非常有说服力。”