數十年來，科學家在尋找地球以外的生命時，一直專注於一個核心挑戰：辨識遙遠行星和衛星上該尋找的正確分子。
但發表在《自然天文學》上的新研究表明，答案可能不在於分子本身，而在於連結它們的隱藏模式。
「我們正在證明，生命不僅產生分子，」加州大學河濱分校行星科學助理教授、該研究的合著者 Fabian Klenner 表示。「生命也產生一種組織原則，我們可以透過應用統計學來觀察。」
隱藏的化學模式可能揭示生命
研究人員發現，生物系統中發現的氨基酸，與透過非生物過程形成的氨基酸相比，往往更加多樣化且分布更均勻。脂肪酸則顯示出相反的趨勢，非生物化學過程產生的分布比生物過程更均勻。
根據研究團隊的說法，這是第一個證明這種潛在的生命特徵可以僅透過統計學來偵測，而無需依賴任何單一的專門儀器。這意味著該方法可能適用於目前和未來太空任務已經收集到的數據。
這些發現來得正是時候，因為行星探索正在迅速發展。研究火星、歐羅巴、恩塞拉多斯和其他世界的任務，正在產生越來越詳細的有機化學測量數據。然而，解讀這些化學信號仍然是一個重大挑戰。
許多與地球生命相關的分子，包括氨基酸和脂肪酸，也可以在沒有生物學的情況下自然形成。科學家們在隕石中發現了它們，並在旨在模擬太空環境的實驗室實驗中製造了它們。因此，僅僅偵測到這些化合物，並未被認為是證實生命的有力證據。
「天體生物學本質上是一門法醫科學，」以色列魏茲曼科學研究所的博士後研究員、該研究的第一作者 Gideon Yoffe 表示。「我們試圖從不完整的線索中推斷過程，通常只有任務收集到非常有限的數據，而這些任務成本極高且不頻繁。」
為了解決這個問題，研究人員採用了一種常用於生態學的統計方法。生態學家使用兩個主要概念來衡量生物多樣性：豐富度，描述存在的物種數量；均勻度，衡量它們的分布有多均勻。
Yoffe 在統計學和數據科學的博士研究期間首次接觸到這個框架，當時多樣性指標被用來揭示複雜數據集中的模式，包括涉及古代人類文化的研究。
然後，該團隊將相同的統計邏輯應用於與可能的外星生命相關的化學物質。
科學家們利用大約 100 個現有數據集，檢驗了來自微生物、土壤、化石、隕石、小行星和合成實驗室樣本的氨基酸和脂肪酸。一次又一次，生物材料顯示出與非生物化學不同的組織模式。
化石仍攜帶古代生命的跡象
最令人驚訝的發現之一是，儘管方法簡單，但它仍然非常有效。
透過這個統計視角分析樣本，研究人員能夠可靠地區分生物樣本和非生物樣本。他們還觀察到，生物材料形成了一個從保存良好到嚴重降解的連續體。
「這確實令人驚訝，」Klenner 說。「該方法不僅捕捉了生命與非生命之間的區別，還捕捉了保存和改變的程度。」
即使是經過嚴重降解的樣本，仍然保留了這種組織結構的痕跡。例如，研究中包含的恐龍蛋化石，仍然顯示出與古代生物活動相關的可偵測統計模式。
未來太空任務的新工具
研究人員謹慎地表示，沒有任何單一技術足以證明外星生命的存在。
「任何未來發現生命的聲稱，都需要多條獨立的證據線，並在行星環境的地質和化學背景下進行解釋，」Klenner 說。
儘管如此，該團隊相信這個框架可以成為未來行星任務尋找地球以外生命證據的寶貴補充。
「我們的方法是評估生命是否可能存在的一種方式，」Klenner 說。「如果不同的技術都指向同一個方向，那麼這就變得非常強大。」
