מחקר במודל של כימיה ללא חיים מראה שמבנה הסביבה משנה את המורכבות המולקולרית. הממצאים עשויים לסייע לחיפוש חיים בחלל ולהפחית זיהויים שגויים
איך אפשר לזהות חיים במקום שבו איננו יודעים מראש איך הם נראים? אחת ההצעות היא לחפש כמויות גדולות של מולקולות מורכבות, מתוך הנחה שמערכת חיה מסוגלת לייצר שוב ושוב מבנים שקשה לקבל בתהליכים כימיים ללא חיים. מחקר המתפרסם בכתב העת PNAS Nexus בוחן שאלה חיונית לשיטה הזאת: האם מבנה הסביבה לבדו יכול להעלות את המורכבות, וליצור רושם מטעה של פעילות ביולוגית?
אלכסנדר שמפאן־רואל ועמיתיו כריסטופר קמפס וקול מתיס בחנו זאת באמצעות מודל ממוחשב של כימיה מלאכותית. התוצאות מצביעות על כך שסידור המרחב ותנועת החומרים משפיעים על התוצרים. לכן, כשמפרשים מדידה של מורכבות מולקולרית, צריך להביא בחשבון גם את התנאים שבהם המולקולות נוצרו והצטברו.
מהו מדד ההרכבה?
תורת ההרכבה מציעה לכמת את מורכבותה של מולקולה באמצעות מספר פעולות החיבור המזערי הדרוש לבנייתה מאבני בניין בסיסיות. זהו מדד ההרכבה. הוא נועד לתאר את מורכבות המבנה, ולא רק את גודל המולקולה או את מספר האטומים שלה.
לפי הגישה, חשיבותה של מולקולה מורכבת גדלה כאשר מוצאים עותקים רבים שלה. שילוב של מורכבות ושפע עשוי להעיד על תהליך שמייצר מבנה מסוים באופן חוזר. עם זאת, האפשרות להשתמש בשילוב הזה כחתימת חיים מחייבת לבדוק עד כמה תהליכים ללא ביולוגיה מסוגלים ליצור תוצאה דומה.
בבדיקות קודמות שימשו, בין היתר, חומרים ממטאוריטים ומערכות כימיות שבהן החומרים מעורבבים היטב כדוגמאות ביקורת ללא חיים. במערכות כאלה התקבלו בדרך כלל מדדי הרכבה נמוכים. אך הן אינן מייצגות בהכרח את מגוון התנאים בסביבה טבעית.
סלע נקבובי אינו כלי מעבדה מעורבב
סלעים מכילים חללים זעירים, וביניהם מעברים שדרכם נעים חומרים. משטחים מינרליים עשויים להשפיע על תגובות ועל יצירת שרשראות מולקולריות. חלוקה לתאים קטנים יכולה לשנות את הריכוזים המקומיים, את מפגשי המולקולות ואת משך הזמן שבו תוצרים נשארים במקום מסוים.
החוקרים בדקו אם ארגון מרחבי יכול לשנות את מדדי ההרכבה גם בהיעדר חיים. הם השוו סידורים סדורים, דמויי סריג, לסידורים אקראיים, ובחנו את השפעת מעבר החומרים והדיפוזיה. הכוונה בדיפוזיה היא לתנועה ולהתפזרות של חלקיקים בין אזורים.
בסידורים הסדורים התפלגות מדדי ההרכבה נטתה לערכים גבוהים יותר מאשר בביקורת האקראית. לפי הודעת כתב העת, השפעה זו בלטה בעיקר בתנאים שבהם הסיכוי ליצירת מולקולות בעלות מורכבות גבוהה היה ממילא נמוך. הסביבה יכולה אפוא לשנות את נקודת ההשוואה, אך התוצאות אינן מראות שכל מבנה מורכב יכול להיווצר בשפע ללא חיים.
מה אפשר להסיק — ומה עדיין צריך לבדוק?
המחקר מסייע להגדיר את הגבולות של כימיה ללא חיים בסביבות בעלות מבנה מרחבי. החוקרים מציגים את הממצאים כחיזוק לאפשרות להשתמש במדד ההרכבה בחיפוש חיים, תוך התאמת הפרשנות לתנאי הסביבה וצמצום הסיכון לזיהוי שגוי.
יש כאן מגבלה מרכזית: מדובר במודל מופשט, ולא בגילוי חיים או במדידה של מולקולות בכוכב לכת אחר. המודל מייצג תהליכי חיבור ופירוק באופן פשוט יותר מכימיה ממשית. לכן אין להעתיק ממנו ישירות סף מספרי שיכריע אם דגימה טבעית מכילה עדות לחיים.
התועלת האפשרית היא בתכנון בדיקות נוספות: להשוות דגימות לסביבות ביקורת מתאימות, לבחון כיצד החומרים נעים ומצטברים, ולברר אילו תוצרים יכולה הכימיה המקומית לייצר בעצמה. הממצאים עשויים לסייע גם לניסויים בכימיה קדם־ביולוגית, החוקרים את התנאים שקדמו להופעת החיים.
שאלות ותשובות
האם המחקר גילה חיים מחוץ לכדור הארץ?
לא. הוא בדק במודל ממוחשב כיצד סביבה ללא חיים משפיעה על מדד מוצע לזיהוי חיים.
האם מולקולה גדולה היא בהכרח חתימת חיים?
לא. גודל ומורכבות מבנית אינם אותו דבר. גם כשמוצאים מבנה מורכב, צריך לבדוק את השפע שלו ואת האפשרות ליצירתו בתהליכים שאינם ביולוגיים.
מה החידוש עבור משימות חלל?
המחקר מדגיש שצריך לבחון חתימה מולקולרית ביחס לסביבה שבה נוצרה הדגימה. המבנה המרחבי ותנועת החומרים יכולים להשפיע על התוצאה ועל הסיכון לפרש אותה כעדות לחיים.
