משימות עתידיות לחקר החלל במערכת השמש תתמקדנה בחיפוש חיים חוצניים ובראשן קליפר אירופה שתטוס לירח הצדקי הגדול ב-2024, אולם חיים אלו עשויים שלא להיות דומים לחיים על פני כדור הארץ. שיטת אנליזה חדשה מסוג ספקטרוסקופיית מסות עשויה לאפשר גילוי חיים חוצניים מהסוג החייזרי
[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]
מדענים החלו את החיפוש אחר חיים חוצניים במערכת השמש שלנו באופן רציני וכן, אולם חיים שכאלו עשויים להיות מאוד שונים מהחיים בכדור הארץ, כאשר שיטות המבוססות על גילוי תרכובות מסוימות בתור ביו-חתימות עלולות שלא להיות מתאימות לחיים שהתפתחו בצורה שונה. מחקר חדש שנערך על ידי צוות מחקר יפני-אמריקאי בראשות חוקרים ממכון הטכנולוגיה של טוקיו, מתאר שיטה המבוססת על ‘לימוד מכונה’ המבצעת הערכה של תערובות אורגניות בעזרת מס ספקטרומטריה על מנת לסווג אותן באופן אמין כביולוגיות או לא-ביולוגיות.
השאלה “האם אנו לבד?” (כלומר – ביקום בתור יצורים חיים) סקרנה את האנושות מזה מאות בשנים, והמין האנושי החל לחפש חיים חוצניים במערכת השמש שלנו מאז משימת ‘ויקינג 2’ שהובילה נאס”א למאדים בשנת 1976. כיום קיימות מספר שיטות שבאמצעותן המדענים מחפשים חיים חוצניים. שיטות אלו כוללות בין היתר האזנה לאותות רדיו מציוויליזציות מתקדמות בחלל העמוק; חיפוש אחר הבדלים זעומים בין הרכבי האטמוספירות של פלנטות מסביב לכוכבים אחרים; וניסיון ישיר למדוד את הרכב החומרים בתוך דגימות קרקע וקרח הנאספות על ידי חלליות במערכת השמש שלנו. השיטה השלישית מאפשרת לחוקרים להשתמש במכשור האנליטי המתקדם ביותר לבחינה כימית ישירה של דגימות ממקורות מחוץ לכדור הארץ, ואולי אפילו להחזיר חלק מהדגימות הללו לכדור הארץ לבדיקה מדוקדקת יותר במעבדה ובמכשירים מתקדמים יותר. משימות מרגשות לחקר החלל, כגון הרובר (כלי רכב או רובוט אשר מסוגל לנוע על פני השטח של כוכב לכת או גרם שמים אחר) פרסווירנס ((Perseverance של נאס”א שיחפש אותות חיים השנה במאדים; הגשושית קליפר אירופה (Europa Clipper) שתשוגר בשנת 2024 ותנסה ליטול דגימות קרח שנפלטו מפני השטח החיצוני של אירופה (אחד הירחים של צדק); והתוכנית Dragonfly שתנסה להנחית כלי טיס רובוטי על ירחו של שבתאי, טיטאן, החל משנת 2027. כל התוכניות הללו ינסו לענות על השאלה עתיקת היומין “האם אנו לבד ביקום?”.
החללית החדשה לצדק
ספקטרוסקופיית מסות היא שיטה בסיסית שעליה מסתמכים מדענים במסגרת החיפוש אחר חיים חוצניים. היתרון הגדול של השיטה הוא בכך שהיא מסוגלת למדוד בו-זמנית אוסף גדול של תרכובות הנמצאות בדגימה, ולפיכך לספק סוג של “חתימת אצבע” של הרכב הדגימה. יחד עם זאת, פרוש החתימות הללו עלול להיות מאתגר. במקרה הטוב ביותר, מדענים יכולים לטעון כי כל צורות החיים על פני כדור הארץ מבוססות על עקרונות מולקולאריים משותפים, עובדה המספקת להם ודאות לכך שכל צורות החיים בכדור הארץ התפתחו מתוך אב קדמון ארצי משותף עתיק יומין. אולם, במסגרת הדמיות של התהליכים הבסיסיים שהמדענים מאמינים שתרמו למוצא החיים על פני כדור הארץ, מתגלות גם גרסאות דומות אך מעט שונות של המולקולות הבסיסיות שעליהן מתבססות צורות החיים הארציות. יתרה מכך, תהליכים כימיים המתרחשים בטבע יכולים ליצור גם הם רבות מאבני הבניין של מולקולות ביולוגיות. לאור העובדה כי אין בידינו עדיין דגימה ידועה של חיים חוצניים, המצב מותיר את המדענים בפרדוקס רעיוני: האם התפתחות החיים בכדור הארץ התאפשרה בזכות בחירות אקראיות שנעשו בתחילת ההתפתחות ונטמעו כאן, ולפיכך החיים יכלו להתפתח גם באופן אחר, או שעלינו לצפות שכל צורות החיים ביקום תתפתחנה באופן זהה לזה שבכדור הארץ? כיצד יוכלו המדענים לדעת אם הגילוי של סוג מולקולה ספציפית הוא אכן בלעדי לייצור חוצני?
כיצד לגלות צורות חיים במעבדות בדיקת דגימות הקרקע?
מזה שנים רבות שהטרידה את המדענים התהייה אם הדעה המשוחדת שלהם באשר לשאלה כיצד אמורים לגלות צורות חיים, שמבוססות באופן ניכר על צורות החיים שאנו מכירים בכדור הארץ, עלולה להכשיל את שיטות המדידה שלנו. למעשה, משימת ויקינג 2 הביאה איתה ממאדים בשנת 1976 גם תוצאות מוזרות. חלק מהבדיקות שבוצעו במסגרת משימה זו הובילו לקבלת אותות שנחשבו כמעידות חיובית לגבי חיים, אולם מדידות בסקפטרוסקופיית המסות לא הפיקו כל ראיה לצורות חיים כפי שאנו מכירים אותן. לאחרונה, במסגרת משימת הרוברCuriosity של נאס”א במאדים, נמצאו תרכובות אורגניות על פני כוכב מאדים, אולם הן עדיין לא מספקות ראיה חותכת לקיום חיים שם. בעיה דומה ציפתה למדענים המנסים לאתר את הראיה המוקדמת ביותר להימצאות חיים על פני כדור הארץ: כיצד נוכל לדעת בוודאות שמקורם של אותות שנמצאו בדגימות ארציות עתיקות הם אכן מתוך האורגניזמים החיים המקוריים שנשתמרו בתוך הדגימות הללו, או שמקורם בזיהום מתוך האורגניזמים המתקיימים כיום על פני כדור הארץ?
צוות המחקר הבינלאומי ניסה לפתור את שתי הבעיות הללו בעזרת שילוב של ניסויים עם גישה ממוחשבת של לימוד מכונה. בעזרת שיטת ספקטרוסקופיית מסות בעלת כושר הפרדה גבוה (FT-ICR MS) הם הצליחו למדוד את ספקטרום המסות של מגוון נרחב של תערובות אורגניות מורכבות, לרבות אלו שמקורן בדגימות לא-ביולוגיות שנוצרו במעבדה (שלגביהן החוקרים בטוחים שהן אינן ממקור חי), תערובות אורגניות שנמצאו במטאוריטים (דגימות של תרכובות אורגניות לא-ביולוגיות מלפני כארבעה וחצי מיליארדי שנים, שמעולם לא הפכו לצורות חיים), מיקרואורגניזמים שיוצרו במעבדה ונפט גולמי שנוצר הוא עצמו מצורות חיים עתיקות. כל אחת מהדגימות הללו הכילה עשרות אלפי תרכובות מולקולריות נפרדות, מספר שסיפק אוסף גדול של מדידות ספקטרוסקופיות שאותן ניתן להשוות ולסווג.
שימוש בבינה מלאכותית
בניגוד לגישות שבהן נעשה שימוש בדיוק המדידות של שיטת הספקטרוסקופיה הזו (MS) על מנת לזהות באופן ייחודי כל אחת ואחת מהחתימות של המולקולות השונות בתוך תערובת אורגנית מורכבת, החוקרים צירפו יחדיו את כל הנתונים שהתקבלו ובחנו את הסטטיסטיקה והפיזור הנרחב של כל האותות. תערובות אורגניות מורכבות, כאלו שהופקו מתוך יצורים חיים, נפט גולמי ודגימות לא-ביולוגיות הציגו טביעות אצבע שונות מאוד כאשר צפו בהן בדרך זו. עבור בני אדם, יותר קשה לזהות תבניות כאלו מאשר את הנוכחות או ההיעדרות של סוגי מולקולות פרטניים. החוקרים הזינו את הנתונים הגולמיים שלהם לתוך אלגוריתם של לימוד מכונה ממוחשב וגילו להפתעתם שהאלגוריתמים הצליחו לסווג ברמת דיוק של 95% את המולקולות כביולוגיות או לא ביולוגיות. חשוב מכך, הם הצליחו בכך גם לאחר שהחוקרים פישטו את הנתונים הגולמיים באופן ניכר, כך שבעתיד ניתן יהיה להשיג את אותה רמת דיוק גם בעזרת מכשירים בעלי כושר הפרדה נמוך יותר הנמצאים בחלליות המחקר. החוקרים מסבירים כי תהליכים ביולוגיים שונים מתהליכים לא-ביולוגיים: תהליכים ביולוגיים חייבים ליצור העתקים של עצמם (כמו במקרה של דנ”א ורנ”א), בעוד שתהליכים לא-ביולוגיים חסרי כל מנגנון פנימי השולט בהם. “מחקר זה פותח צוהר לשימוש בסקפטרוסקופיית מסות בכושר הפרדה גבוה עבור יישומים אסטרוביולוגים,” אומר אחד מכותבי המאמר המתאר את המחקר.
מוסיף ואומר החוקר הראשי: למרות שקשה, אם לא בלתי אפשרי, לאפיין כל בליעה בתערובת כימית מורכבת, הפיזור הנרחב של הרכיבים יכול להכיל תבניות וקשרי גומלין המספקים מידע נוסף באשר לתהליך שמהווה מקור לתרכובות הרבות. אם נרצה להבין כהלכה את התחום של כימיית קדם-חיים מורכבת, נזדקק לדרכים חדשות ולחשוב במונחים של תבניות נרחבות אלו – כיצד הן נוצרו, על מה הן מרמזות, ולא במונחים של הימצאות או היעדרות של מולקולות פרטניות. מאמר זה מהווה אבן דרך ראשונית באשר להיתכנות ופיתוח שיטות אפיון שכאלו תוך שימוש בשיטה של ספקטרוסקופיית מסות בעלת כושר הפרדה גבוה – קיים מידע משמעותי בפיזור האותות שיוכל לשמש לזיהוי הדגימות באמצעות סוג התהליך שבעזרתו התרכובות נוצרו. שיטת אנליזה ייחוסית זו עשויה לספק לנו יתרונות רבים בתחום חיפוש החיים במערכת השמש שלנו, ואפילו במסגרת ניסויי מעבדה שנועדו לשחזר את מוצא החיים”.
עוד בנושא באתר הידען:
