Во время основной речи на конференции НАСА десять лет назад, посвященной поиску внеземной жизни, один из участников крикнул: “Мы понятия не имеем, что там!” Одна из целей НАСА — поиск жизни на других планетах, таких как Марс, где когда-то была вода и плотная атмосфера, или спутниках внешней солнечной системы, таких как Европа и Энцелад, где огромные водные океаны бурлят под толстыми слоями льда. Но что, если жизнь в этих мирах не использует нашу ДНК? Как мы могли бы распознать это? Прорыв ДНК в 2019 году может стать ключом к ответу на эти и многие другие вопросы.
В рамках исследовательского прорыва, финансируемого НАСА, ученые синтезировали молекулярную систему, которая, подобно ДНК, может хранить и передавать информацию. Этот беспрецедентный подвиг предполагает, что может существовать альтернатива жизни на основе ДНК, какой мы ее знаем на Земле,-генетическая система для жизни, которая может быть возможна в других мирах.
Переосмысление Жизни За пределами Земли
ДНК – это сложная молекула, которая хранит и передает генетическую информацию, передается от родителя к потомству во всех живых организмах на Земле, и ее компоненты включают четыре ключевых компонента, называемых нуклеотидами, — все они стандартны для жизни, как мы ее знаем. Но как насчет жизни в других мирах?
“Обнаружение жизни становится все более важной целью миссий НАСА в области планетологии, и эта новая работа поможет нам разработать эффективные инструменты и эксперименты, которые расширят рамки того, что мы ищем”, — сказала Лори Глаз, исполняющая обязанности директора отдела планетологии НАСА.
Альтернативные химические системы ДНК, поддерживающие дарвиновскую эволюцию
Один из способов представить себе виды чужеродных структур, обнаруженных в других мирах, — попытаться создать что-то чужеродное на Земле. Команда исследователей во главе со Стивеном Беннером из Фонда прикладной молекулярной эволюции в Алачуа, штат Флорида, успешно добилась создания новой информационной молекулярной системы, похожей на ДНК, за исключением одной ключевой области: новая молекула содержит восемь информационных ингредиентов вместо четырех.
Синтетическая ДНК включает четыре нуклеотида, присутствующих в земной жизни – аденин, цитозин, гуанин и тимин, – но также и четыре других, которые имитируют структуры информационных ингредиентов в обычной ДНК. В результате получается структура с двойной спиралью, которая может хранить и передавать информацию.
Команда Беннера, которая сотрудничала с лабораториями Техасского университета в Остине, Медицинской школой Университета Индианы в Индианаполисе и программным обеспечением для ДНК в Анн-Арборе, штат Мичиган, окрестила свое творение ДНК “хатимодзи” (от японского “хати”, что означает “восемь”, и “моджи”, что означает “буква”). ДНК Хатимоджи отвечает всем структурным требованиям, которые позволяют нашей ДНК хранить, передавать и развивать информацию в живых системах.
Эта новая молекулярная система, которая не является новой формой жизни, предполагает, что ученым, ищущим жизнь за пределами Земли, возможно, потребуется пересмотреть то, что они ищут. Кристаллическая структура двойной спирали хатимоджи, показанной ниже, построена из четырех природных оснований: G (зеленый), A (красный), C (синий), T (желтый) и четырех синтетических оснований: B (голубой), S (розовый), P (фиолетовый) и Z (оранжевый). Примечательна геометрическая регулярность пар, необходимая для эволюции. Кредит: Милли Георгиадис, Медицинская школа Университета Индианы.
“Тщательно проанализировав роль формы, размера и структуры в ДНК хатимодзи, эта работа расширяет наше понимание типов молекул, которые могут хранить информацию о внеземной жизни в инопланетных мирах”, — сказал Беннер.
“Ориентированные на Землю” стратегии обнаружения жизни НАСА
“Почти все стратегии обнаружения жизни, которые использует НАСА, невообразимо “ориентированы на Землю”, — отметил Стивен Беннер из Фонда прикладной молекулярной эволюции. “Это мешает НАСА выполнять одну из своих основных функций миссии: искать инопланетную жизнь”.
“Около 10 лет назад в книге, озаглавленной “Жизнь, Вселенная, научный метод”, мы предложили пять общих стратегий устранения шор НАСА», — отмечает Беннер. “Один из них предполагает создание альтернативных химических систем, которые могут поддержать эволюцию Дарвина. Наша “хатимодзи”, или “восьмибуквенная” ДНК, является одной из таких. У Эрика Кула из Стэнфорда есть еще один вариант ДНК. У Шуичи Хошики из FfAME есть еще несколько альтернатив. Любая такая ДНК может легко поддерживать инопланетную жизнь на Марсе, Европе и в других местах, где есть вода».
Универсальные особенности в генетических молекулах
“Важно отметить, что создание в лаборатории альтернативных генетических молекул также выявляет структурные особенности, которые не могут измениться в генетических молекулах”, — объясняет Беннер. “Эти особенности будут обнаружены в информационных молекулах жизни повсеместно, в том числе в воде на Марсе. В качестве одной из этих особенностей генетические молекулы должны повсеместно иметь повторяющийся основной заряд. Человеческая ДНК имеет повторяющийся основной отрицательный заряд. Возможны также повторяющиеся положительные заряды.
“Простые инструменты могут концентрировать очень небольшие количества таких генетических молекул из очень большого количества воды», — заключает Беннер в своем электронном письме. “Этот факт создает возможность для по-настоящему “агностической миссии по поиску жизни” (ALF). К сожалению, НАСА до сих пор не предприняло никаких шагов для включения таких ALFS в свои миссии на Марс. Мы надеемся убедить Илона Маска из SpaceX включить ALF в свою операцию по добыче воды для производства топлива для обратной миссии”.
Инопланетная среда может кишеть экзотической жизнью
Ученым предстоит еще многое сделать для решения вопроса о том, какие другие генетические системы могли бы послужить основой для жизни и где можно было бы найти такие экзотические организмы. Однако это исследование открывает двери для дальнейших исследований того, как жизнь может строиться в условиях, которые мы считаем негостеприимными, но которые могут изобиловать формами жизни, которые мы еще не представляли.
“Включение более широкого понимания того, что возможно в наши концепции проектирования приборов и миссии, приведет к более всеобъемлющему и, следовательно, более эффективному поиску жизни за пределами Земли”, — сказала Мэри Войтек, старший научный сотрудник по астробиологии в штаб-квартире НАСА.
“Открытие того, что ДНК с восемью нуклеотидными буквами подходит для хранения и передачи информации, является прорывом в наших знаниях о спектре возможностей, необходимых для жизни”, — сказал Эндрю Серазин, президент Всемирного благотворительного фонда Темплтона в Нассау, Багамские Острова, который также поддержал эту работу.
Это исследование было поддержано Астробиологической программой НАСА в рамках программы экзобиологии.
