对外星生命的搜寻一直受到假阳性的困扰——在这些情况下，科学家们认为他们发现了生命，但结果却缺乏完全令人信服的证据。
典型的例子来自 NASA 的双子座海盗号着陆器，它在 1970 年代中期在火星上提供了有争议的证据证明存在生命。该证据是从火星土壤中飘出的一丝放射性碳，暗示其中正在发生微生物代谢——但着陆器携带的其他三项生命探测实验均仅发现无效结果。 1996 年，关于火星生命的更混乱的数据出现了，当时科学家们在南极洲发现的一块火星陨石中发现了可能是微生物微化石的东西。但随后的研究表明，推定的微化石很容易由其他几种完全非生物途径产生。最近，研究金星大气层的研究人员声称在那里看到了大量的磷化氢——一种在地球上主要由微生物产生的气体。然而，很快其他科学家就对这些测量的有效性提出了质疑，并推测该气体（如果真的存在的话）来自某种奇怪但无生命的金星火山活动形式。
在每种情况下，模式都是相同的：最初的兴奋，随后的怀疑，以及最终的否定。一次又一次，似乎天体生物学家只是找到了令人沮丧地不确定的外星生命迹象——所谓的生物特征。这在很大程度上是因为天体生物学家必然会寻找在严酷的异世界环境中可能出现的最简单、最强大的生命形式，而且我们在地球上经常与此类生物相关的化学物质和结构通常可以非生物产生。当然，外星生命的化学成分可能与我们在地球上观察到的完全不同。是否有更好的观察方法？
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发表在自然·通讯上的一项新理论认为，存在一种更好的方法。它被称为组装理论，它摒弃了对简单化学生物特征的搜索，转而拥抱生命的基本复杂性。它基于这样一种理念，即宇宙中任何地方的任何形式的生物学都将生命的信息编码在可测量的、与无生命物质截然不同的复杂分子集合中。
对于研究合著者、亚利桑那州立大学的生物物理学家萨拉·沃克来说，组装理论是该领域的一个里程碑，因为它“提出了第一个可在实验室中测试的复杂性度量”。更广泛地说，她说，它为我们“首次瞥见了将关于生命本质的深刻理论思想与经验可观察物联系起来的能力”。
在天体生物学中，对复杂性的呼吁已经兴起一段时间了。鉴于专注于简单化学特征的研究可能会产生模棱两可的结果，科学家们已经开发出生命理论和定义，这些理论和定义着眼于更复杂的过程——新陈代谢、适应、复制、进化——这些过程可以帮助我们将生命系统与非生命系统区分开来。例如，1994 年，NASA 采用了对生命的复杂定义：“生命是一个能够进行达尔文进化的自我维持的化学系统。”问题是，这些先进框架背后的关键概念本身就很复杂，使得它们众所周知地难以测试和量化。例如，问问五位不同的进化生物学家他们对“达尔文进化”的工作定义，你可能会得到五个略有不同的答案。正如 NASA 首席科学家吉姆·格林解释的那样，“我无法制造出能够外出并找到‘进化’、‘繁殖’或‘新陈代谢’的仪器。”
组装理论可能提供一种更清晰、更通用的方法来识别生命，无论是熟悉的还是外星的。它建立在两个相关的概念之上：物理复杂性和丰度，并认为对于任何给定环境中任何给定的物体，随着这两个属性的增加，非生物起源的可能性就会降低。丰度追踪物体在环境中出现的频率，而物体的复杂性则通过估计其组装所需的步骤数来衡量。考虑一下海滩上散落着被水磨损的鹅卵石——这种情况很容易归因于无生命的自然过程——以及另一个海滩上散落着精雕细琢的贝壳之间的区别。
尽管该理论是通用的，可以适用于各种尺度上的多种物体，但研究人员着眼于它如何应用于分子，这可以说是科学家在实验室和太空中都能寻找的最基本的生物学组成部分。
为了对分子复杂性进行排名，该团队创建了一个质量组装指数，该指数以算法方式为不同类型的分子分配质量组装数 (MA)。作为概念验证，他们使用这种方法对一个广泛使用的化学数据库中的 250 万个分子进行索引和排名。 MA 为 1 的分子具有低复杂性，因此具有更高的非生物起源的可能性；更复杂的分子被分配更高的数字。磷化氢气体——推测的金星生物特征——由一个磷原子和三个氢原子组成，仅获得 MA 为 1。相比之下，氨基酸色氨酸的 MA 为 12，这要归功于其由 11 个碳原子、12 个氢原子以及两个氮原子和两个氧原子组成的复杂结构。
格拉斯哥大学的化学家李·克罗宁领导了这项研究，他表示，这项练习表明，在某个阈值——大约 MA 15——分子在类地条件下非生物产生的概率变得非常低。事实上，克罗宁说，不到六百万亿分之一。因此，MA 排名为 15 或更高的分子几乎总是由生命产生的。
那么，这是否意味着 MA 15 是任何地方生命的可靠标志？不是的。首先，许多低排名的分子可以是生物特征——例如光合生物排放到地球大气中的结构简单的分子氧。这意味着，尽管组装理论可能会降低寻找生命时的假阳性概率，但它也会相应地提高“假阴性”的可能性，从而使真正的生物特征从调查裂缝中溜走。更广泛地说，克罗宁说，尽管 MA 15 似乎是地球上生命的阈值，但对于截然不同的行星环境，阈值可能会落在其他地方。克罗宁认为，关键在于使用组装理论来绘制非生物产生的化学组合与生命系统产生的化学组合之间必然存在的差距——无论是在这里还是在其他任何地方。
为了进一步验证他们的方法，克罗宁和同事们通过使用质谱碎片化技术研究大量排名分子和物质的样本，打破每个样本的组成部分，以确认重新组装它们所需的化学步骤的数量，从而仔细检查了他们对复杂性的理论计算。这些实验结果与理论预测非常吻合，并且可靠地区分了包括大肠杆菌细菌、酵母细胞、植物生物碱、灰烬、煤炭、花岗岩、石灰石甚至啤酒在内的广泛的活体、非活体和死亡物质。
最令人兴奋的验证之一来自克罗宁的合作者和研究合著者希瑟·格雷厄姆，她是 NASA 戈达德太空飞行中心（位于马里兰州格林贝尔特）的天体生物学家。为了对该理论进行测试，格雷厄姆的实验室发送了一组盲样。其中一个样本是来自数百万年历史的化石的保存生物材料。另一个样本来自默奇森陨石，这是一种富含有机（但非生物）碳化合物的火流星，于 1969 年坠落到地球。克罗宁的测试表明，默奇森材料因其丰富的复杂分子而引人注目，但其排名仍低于 MA 15 的阈值，因此被认为是无生命的。然而，化石材料被确定为生命的特征。
对于研究合著者和 NASA 天体生物学博士后研究员科尔·马蒂斯来说，在该研究的这个阶段，一个重要的区别变得对所有参与者都显而易见： “复杂样本和复杂分子”之间的区别。虽然像默奇森陨石中存在的各种奇怪的化学物质可能会让人认为那里存在类似生命的东西，但实际上是复杂分子，它表明了化学的组织性，这似乎是生命的关键。
这些结果的成功以及这项工作的发表引起了最初的兴奋。位于佛罗里达州阿拉楚阿应用分子进化基金会的化学家史蒂文·本纳并非该研究的参与者，他说他和他的同事们对组装理论“非常热情”。即便如此，他补充说，克罗宁和同事们仍然必须解决关于他们工作的许多未解答的问题，特别是它是否真的可以应用于“真正奇异的环境”。本纳向克罗宁提出挑战，要求在“半复杂”材料的样本上测试该方法，本纳的研究小组已经在模拟金星大气层的实验室条件下从简单的碳前体合成了这些材料。“这是一个真实的环境，”本纳说，“一个很快将再次被太空任务访问的环境。如果金星生命存在于金星上空的云层中，那么它需要遵循与地球生命所遵循的化学逻辑截然不同的化学逻辑。”本纳说，这可以说是金星成为分子复杂性指标近期测试的最佳地点。
作为回应，克罗宁评论说，本纳的样本提出了一个特殊的挑战，因为它们浸泡在硫酸中——硫酸会分解有机分子，从而降低其可检测的有机复杂性。然而，克罗宁说，“我们正在研究一种重建复杂性的方法，所以我仍然希望，即使在最困难的样本中，如果分子没有被破坏，我们也可以进行测量。”
与此同时，格林和 NASA 的其他人想知道是否可以使用组装理论来分析来自许多质谱仪的数据，这些质谱仪在 NASA 的各种行星际任务中访问过其他世界。格林首先考虑了卡西尼轨道飞行器上的质谱仪的案例，该质谱仪飞过并采样了从土星冰冷卫星土卫二喷射出的水蒸气羽流，但他意识到卡西尼的仪器仅记录质量高达 100 个原子质量单位 (amu) 的质量，而组装理论仅适用于重量至少为 150 amu 的分子。
尽管好奇号和毅力号火星探测器上的仪器可以达到 150 amu 及以上，但它们也达不到要求，因为它们缺乏研究 MA 测量的单一分子物种的特异性。格林说，未来的任务都应该配备质谱仪，这些质谱仪可以记录更高的质量并以更高的规格进行测量。 NASA 的蜻蜓号任务有望实现这一目标，这是一架核动力四轴飞行器，计划于 2030 年代中期开始探索土星卫星土卫六的大气层和表面。格雷厄姆指出，蜻蜓号的质谱仪虽然缺乏实验室质谱仪的一些功能，但将有能力探测复杂分子。
未来，其他计划中的任务可能会在整个太阳系的天体生物学热点地区寻找生命分子复杂性的迹象。克罗宁推测，最终，组装理论甚至可以用于评估大型望远镜在潜在宜居系外行星大气层中远程探测到的潜在生物特征。
然而，就目前而言，这种方法为理论家和实验学家都提供了丰富的新想法，以理解和看到生命的宇宙复杂性。