Mars’ta ve diğer gezegenlerde yaşam var mıydı? Yakında öğrenebiliriz

“Astrobiyolojinin Kutsal Kasesi” – Yeni Makine öğrenme Bu teknoloji, bir numunenin biyolojik kökenli mi yoksa biyolojik olmayan kökenli mi olduğunu %90 oranında belirleyebiliyor. Kesinlik.

Bilim adamları, diğer gezegenlerdeki geçmiş veya şimdiki yaşamın belirtilerini tespit etmek için basit ve güvenilir bir test keşfettiler: “Astrobiyolojinin Kutsal Kasesi.”

Yakın zamanda dergide yayınlanan bir makalede Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler KitabıJohn Templeton Vakfı tarafından finanse edilen ve John Templeton Vakfı’ndan Jim Cleaves ve Robert Hazen tarafından yönetilen yedi üyeli bir ekiptir. Carnegie Bilim EnstitüsüRaporlar, yapay zeka tabanlı yöntemlerinin %90’a varan doğruluk oranıyla modern ve antik biyolojik örnekleri biyolojik kökenli olmayanlardan ayırdığını gösteriyor.

Uzay araştırmaları ve Yer bilimlerinde bir devrim

Dr. Hazen, “Bu rutin analitik yöntem, dünya dışı yaşam arayışında devrim yaratma ve Dünya üzerindeki erken yaşamın hem kökenine hem de kimyasına ilişkin anlayışımızı derinleştirme potansiyeline sahip” diyor. “Örnekler Dünya’ya dönmeden önce yaşam belirtilerini aramak için robotik uzay araçları, iniş araçları ve gezici araçlarda akıllı sensörlerin kullanılmasının yolunu açıyor.”

Daha hızlı bir şekilde, yeni test Dünya üzerindeki gizemli antik kayaların tarihini ve belki de bilim insanları tarafından halihazırda toplanmış örneklerin tarihini ortaya çıkarabilir. Mars Curiosity’nin Mars’taki Örnek Analiz Aracı (SAM). İkinci testler, SAM (Mars’ta Örnek Analizi) adı verilen yerleşik bir analitik cihaz kullanılarak gerçekleştirilebilir.

NASA’nın Perseverance gezgini tarafından 6 Ağustos 2021’de çekilen bu görüntü, gezginin ilk örnek toplama girişimine hazırlık amacıyla Mars’taki bir kayaya açılan deliği gösteriyor. Bu görüntü, gezicinin bilim ekibinin Jezero Krateri’nin “Krater Tabanı Kırılmış Kaba” bölgesindeki “kaldırım kayası” olarak adlandırdığı yerde gezicinin tehlike kameralarından biri tarafından yakalandı. Resim kaynağı: NASA/JPL-Caltech

“Yöntemimizi SAM protokollerine uyacak şekilde değiştirmemiz gerekecek, ancak Mars’ta Mars’ın organik biyosferinden gelen moleküllerin olup olmadığını belirleyecek verilere sahip olmamız mümkün.”

Yeni araştırmadan elde edilen önemli çıkarımlar

Washington DC’deki Carnegie Bilim Enstitüsü Dünya ve Gezegen Laboratuvarı’ndan baş yazar Jim Cleaves, “Dünya dışı yaşam arayışı, modern bilimdeki en heyecan verici çabalardan biri olmaya devam ediyor” diyor.

“Bu yeni araştırmanın sonuçları çoktur, ancak sonuca varılması gereken üç ana nokta vardır: Birincisi, derin düzeyde biyokimya, abiyotik organik kimyadan farklıdır; İkincisi, eski Mars ve Dünya örneklerine bakıp onların öyle olup olmadığını görebiliriz. Üçüncüsü, bu yeni yöntem muhtemelen alternatif biyosferler ile Dünya’dakiler arasında ayrım yapabilecek ve gelecekteki astrobiyoloji görevleri için önemli sonuçlar doğuracaktır.

Yapay zekanın biyolojik ve biyolojik olmayan örnekler arasında ayrım yapmadaki rolü

Yenilikçi analitik yöntem yalnızca numunedeki belirli bir molekülün veya bileşik grubunun tanımlanmasına bağlı değildir.

Bunun yerine, araştırmacılar yapay zekanın, piroliz gaz kromatografisi (bir numunenin bileşen parçalarını ayıran ve tanımlayan) ve ardından kütle spektrometrisi (bu, numunenin bileşenlerini belirleyen) ile ortaya çıkan bir numunenin moleküler modelleri içindeki ince farkları tespit ederek biyolojik ve abiyotik numuneler arasında ayrım yapabildiğini gösterdi. ağırlıklar moleküler). bu bileşenlerden).

Abiyotik veya biyotik karbon açısından zengin 134 numunenin moleküler analizlerinden elde edilen büyük, çok boyutlu veriler, yeni numunenin kökenini tahmin etmek üzere yapay zekayı eğitmek için kullanıldı. Yapay zeka, yaklaşık %90 doğruluk oranıyla aşağıdakilerden kaynaklanan örnekleri başarıyla tanımladı:

• Modern kabuklar, dişler, kemikler, böcekler, ağaç yaprakları, pirinç, insan saçı ve ince taneli kayalarda korunan hücreler gibi canlı organizmalar
• Jeolojik işlemlerle değiştirilmiş eski yaşamın kalıntıları (kömür, petrol, amber ve karbon açısından zengin fosiller gibi) veya
• Saf laboratuvar kimyasalları gibi biyolojik olmayan kökenli numuneler (örn. Amino asitler) ve karbon bakımından zengin meteorlar.

Yazarlar, şimdiye kadar pek çok eski karbon içeren örneğin kökenini belirlemenin zor olduğunu, çünkü organik molekül koleksiyonlarının, ister biyotik ister abiyotik olsun, zamanla ayrışma eğiliminde olduğunu ekliyorlar.

Şaşırtıcı bir şekilde, önemli bozulma ve değişime rağmen, yeni analitik yöntem, bazı durumlarda yüz milyonlarca yıl boyunca korunan biyolojik belirteçleri ortaya çıkardı.

Yaşamın kimyasını ve gelecekteki keşif potansiyelini çözmek

Dr. Hazen, “Yaşamın kimyasının cansız dünyanın kimyasından temelde farklı olduğu fikriyle başladık” diyor. Biyomoleküllerin çeşitliliğini ve dağılımını etkileyen “yaşamın kimyasal kuralları” vardır. Bu kuralları çıkarabilirsek, bunları yaşamın kökenlerini modelleme veya diğer dünyalardaki yaşamın ince işaretlerini tespit etme çabalarımıza rehberlik etmek için kullanabiliriz.

“Bu sonuçlar, Dünya’da bildiğimiz hayattan çok farklı olsa bile, başka bir gezegenden veya başka bir biyosferden bir yaşam formu bulabileceğimiz anlamına geliyor. Ve başka bir yerde yaşam belirtileri bulursak, başka bir yerde yaşam formu bulabiliriz. Dünya’da ve diğer gezegenlerde yaşamın var olup olmadığı ortaya çıkıyor.” Diğerleri ortak ya da farklı bir kökenden geliyor.

Başka bir deyişle, yöntemin Dünya’daki yaşamın yanı sıra uzaylı biyokimyasını da tespit edebilmesi gerekiyor. Bu önemlidir, çünkü Dünya’daki yaşamın moleküler biyobelirteçlerini keşfetmek nispeten kolaydır, ancak uzaylı yaşamının kullanılacağını varsayamayız. DNAAmino asitler vb. Yöntemimiz, yaşamın “işlevsel” moleküllere olan ihtiyacından kaynaklanan moleküler dağılımlardaki kalıpları arar.

“Bizi gerçekten şaşırtan şey, makine öğrenimi modelimizi yalnızca iki tür örneği (biyotik veya abiyotik) tahmin edecek şekilde eğitmiş olmamız, ancak yöntemin üç farklı grubu tespit etmesiydi: abiyotik, biyotik ve fosilli. Başka bir deyişle, daha yeni biyolojik örnekleri tanımlayabiliyordu. Yeni toplanmış bir yaprak veya sebze ile uzun zaman önce ölen bir şeyin karşılaştırılması. Bu şaşırtıcı keşif bize, fotosentetik yaşam veya ökaryotlar (çekirdeğe sahip hücreler) gibi diğer özelliklerin de var olabileceği konusunda iyimserlik veriyor. tanındı.

Yapay zekanın karmaşık kalıpları tespit etmedeki analitik yetenekleri

Carnegie Bilim Enstitüsü’nden ortak yazar Anirudh Prabhu, yapay zekanın rolünü açıklamak için paraları farklı nitelikler (örneğin parasal değer, metal, yıl, ağırlık veya yarıçap) kullanarak ayırma fikrini kullanıyor ve ardından daha da ileri gidiyor: kombinasyonları bulun Daha doğru ayrımlar ve montajlar oluşturan özellikler. “Ve bu niteliklerin yüzlercesi söz konusu olduğunda, yapay zeka algoritmaları bilgi toplamak ve son derece doğru öngörüler oluşturmak açısından paha biçilemez.”

Dr. Cleaves, “Kimyasal açıdan bakıldığında, biyolojik ve abiyotik örnekler arasındaki farklar suda çözünürlük, moleküler ağırlık, uçuculuk vb. şeylerle ilgilidir” diye ekliyor.

“Bunu düşünmemin basit yolu, hücrenin bir zarı ve sitozol adı verilen bir iç kısmı olduğudur; Membran suda bir miktar çözünmezken, hücre içeriği suda bir miktar çözünür. Bu düzenleme, bileşenlerinin suyla temasını en aza indirmeye çalışırken membranın düzeneğini korur ve ayrıca “iç bileşenlerin” membrandan sızmasını önler.

“İçsel bileşenler, kromozomlar ve proteinler gibi çok büyük moleküller olmalarına rağmen suda çözünür kalabilirler” diyor.

“Yani, eğer bir hücre veya canlı doku bileşenlerine ayrılırsa, suda çok çözünen moleküller ile suda çok çözünmeyen moleküllerin geniş bir alana yayılmış bir karışımı elde edilir. Petrol ve kömür gibi şeyler, sularının çoğunu kaybetmiştir. Uzun tarihi boyunca çözünür malzeme.

“Biyolojik örnekler, bu spektrumda birbirlerine göre benzersiz dağılımlara sahip olabilir, ancak aynı zamanda biyolojik dağılımlardan da farklılık gösterebilir.”

Batı Avustralya’nın vahşi doğalarından 3,5 milyar yıllık Apex Chert. Kredi: Carnegie Yer ve Gezegen Bilimleri Laboratuvarı

Bu teknoloji, Batı Avustralya’daki 3,5 milyar yıllık kara birikintilerin kökeni de dahil olmak üzere Dünya üzerindeki bir dizi bilimsel gizemi yakında çözebilir; bazı araştırmacıların Dünya üzerindeki en eski fosil mikropları içerdiğini iddia ettiği, diğerlerinin ise bu tür mikroplardan yoksun olduğunu iddia ettiği son derece tartışmalı kayalar. hayatın. İşaretler.

Kuzey Kanada, Güney Afrika ve Çin’deki diğer antik kaya örnekleri de benzer tartışmalara yol açıyor.

Hazen, “Şimdi bu kayalarda bulunan organik maddenin biyogenezi hakkında uzun süredir devam eden soruları yanıtlamak için yöntemlerimizi uyguluyoruz” diyor.

Bu yeni yaklaşımın potansiyel katkılarına ilişkin yeni fikirler biyoloji, paleontoloji ve arkeoloji gibi diğer alanlara da yayıldı.

“Yapay zeka, biyotik ve biyotik olmayan yaşamı ve ayrıca modern yaşamı antik yaşamdan kolayca ayırt edebiliyorsa, başka ne gibi bilgiler edinebiliriz? Örneğin, eski bir fosil hücresinin çekirdeği olup olmadığını veya bir işlem gerçekleştirip gerçekleştirmediğini bilebilirdik. Hazen, “Fotosentez süreci” diyor.

“Kömürleşmiş kalıntıları analiz etmek ve bir arkeolojik alandan farklı ahşap türlerini ayırt etmek mümkün mü? Sanki ayaklarımızı uçsuz bucaksız bir olasılıklar okyanusunun suyuna daldırıyormuşuz gibi.”

Referans: “Sağlam, spesifik olmayan makine öğrenimine dayalı moleküler biyoimza”, H. James Cleaves, Jericht Hystad, Anirudh Prabhu ve Michael L. Wong ve George D. Cody, Sophia Economon ve Robert M. Hazen, 25 Eylül 2023, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
doi: 10.1073/pnas.2307149120

Çalışma John Templeton Vakfı tarafından finanse edildi.