作者:晋楠 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/4/1 15:10:03
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发现真正外星生命?科学家建议打包基因组测序仪

“卡西尼”号飞船的继任者(如图)有一天或将携带DNA测序仪通过土卫二的羽流。图片来源:NASA/JPL-CALTECH

如果外星人不像人类怎么办?一直以来,在寻找地外生命过程中这一直是个令人困扰的问题:如果外星生命看起来与地球生命完全不同,如果它们没有生命的构建单元DNA和RNA,那么机器人探索者如何才能知道它们发现了外星生命?

随着科学家把目光聚焦到木星二和土卫二的潜在宜居水域,这个问题变得更加紧迫。人们或许可以想象火星上的任何生命可能与地球拥有共同的祖先,因为这两颗行星距离非常近,它们在过去数十亿年里可能拥有很多共同的标志,但土星上以DNA为基础的生命?那将是一种延伸。

尽管如此,科学家近日在月球和行星科学会议上的报告中以及在《天体生物学》杂志上发表的一篇论文中均表示,猎取非人族的生命依然能够通过任何生物学试验室的熟悉工具完成。他们说,如果想要在太空中以最广泛的可能性搜索生命,包括人族和非人族的生命,都需要带上基因组检测仪。“你可能会碰到完全不同的生物化学。”美国华盛顿特区乔治城大学天体生物学家、带领该研究的Sarah Stewart Johnson说,“但你仍会看到信号。”

正如所提议的那样,这种技术之所以能够发挥作用,是因为像DNA这样的核酸是混杂的。取一条含有30~80个核苷酸的链条,它会自然形成二级和三级结构,这些结构将与大量物质和形状结合在一起:有像多肽和蛋白质这样的生物制剂,还有机分子、矿物质,甚至是金属。

Johnson团队借用癌症生物学的一项技术,即通过配体指数富集的系统进化技术(SELEX),形成一个巨大的随机核苷酸短链库,即核酸适配体,然后用一个特定的目标如专门的乳腺癌细胞来培养它们。SELEX通常会被重复多次,科学家会过滤掉那些与目标不相关的核酸适配体。

“我们的想法是将其翻转过来。”Johnson说。他们的传感器会让样本接触所有随机的核酸适配体,从每次攻击中获取信息。“分析整个绑定模式,任何绑定的东西。”她说。这些模板可被放大和测序,揭示出一种化学复杂性模式,Johnson称之为“指纹”。

这样的指纹并不像在测序仪中捕捉DNA那样清晰。但如果一个样本被暴露在这样的核酸适配体库中,一个复杂的分子将会结合更多的序列,而不仅仅是一个。复杂性,特别是在很小的样本中捕获的复杂性,很可能是生命的标志。“它可能不像你的DNA测序仪那么确定,但它可能是生命特征。如果不是生物特征,那么也是非常强的生物印记。”Johnson说。

这并非是检测不可知生命的唯一方法,正如这个所谓的新兴领域一样,其中大多数需要对包容性做出交换性的定义。Johnson曾与其他科学家合作过,他们证明了质谱仪(美国宇航局机器人任务中常见的一种工具)可以与评估分子复杂性(而非仅是其重量)的算法相结合。

近年来,基因组测序仪的体积显著缩小;例如,牛津纳米孔技术公司的MinION重量仅有85克,可以放在一个掌心里。尽管美国宇航局的任务目前尚未计划携带测序仪进入太空,但该机构正在支持若干计划让该技术做好准备进行探索。

麻省理工学院天体生物学家、并未参与此项研究的Christopher Carr说,Johnson的提议看起来很有新意,可以与其他生命探测方面的研究互为补充。Carr正在带领美国宇航局的一项测序工作,而Johnson的技术可以增加类似工具的效用。他说:“无论是否存在生命,它都极有可能为任何一个样本提供数据。”但该方法也有能提供令人困惑的信息,特别是来自未知材料的信息。Carr补充说,可为样本提供背景信息的精心准备和工具有助于克服这些障碍。

Johnson非常渴望探索系外生命。她想要把测序仪带到所有地方,不仅仅是系外行星,还有火星表面或包裹在冰冻甲烷中的土卫六的样本。“我想去土卫六,那里的一切都是不同的,这让人疯狂。”她说,“我想去探索,探索所有地方。”(晋楠编译)

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