Fanns det liv på Mars och andra planeter? Kanske vet vi snart

By | November 24, 2023

Forskare har utvecklat en innovativ artificiell intelligens-baserad metod för att upptäcka tecken på liv på andra planeter. Denna metod, med en noggrannhet på 90 %, skiljer mellan biologiska och abiotiska prover genom att analysera molekylära mönster. Det lovar att revolutionera rymdutforskningen och vår förståelse av livets ursprung, med potentiella tillämpningar inom olika områden, inklusive biologi och arkeologi.

“Astrobiologins heliga gral” – Nytt Forskare har upptäckt ett enkelt och tillförlitligt test för att upptäcka tecken på tidigare eller nuvarande liv på andra planeter – “astrobiologins heliga graal.”

I en artikel som nyligen publicerats i tidningen National Academy of Sciencesett team med sju medlemmar, finansierat av John Templeton Foundation och ledd av Jim Cleaves och Robert Hazen från “Denna rutinmässiga analytiska metod har potential att revolutionera sökandet efter utomjordiskt liv och fördjupa vår förståelse av både ursprunget och kemin av det tidigaste livet på jorden”, säger Dr Hazen. “Det banar väg för användningen av smarta sensorer på robotiserade rymdfarkoster, landare och rovers för att söka efter tecken på liv innan proverna återvänder till jorden.”

Mer omedelbart kan det nya testet avslöja historien om mystiska forntida stenar på jorden, och möjligen av prover som redan samlats in av

NASA:s Perseverance rover borrar in i Mars rock

Den här bilden tagen av NASA:s Perseverance-rover den 6 augusti 2021 visar hålet borrat in i en Mars-sten som förberedelse för roverns första försök att samla ett prov. Den togs av en av roverns riskkameror vid vad roverns vetenskapsteam har kallat en “kullerstensklippa” i området “grovt brutet kratergolv” i Jezero Crater. Kredit: NASA/JPL-Caltech

“Vi kommer att behöva modifiera vår metod för att matcha SAM-protokoll, men vi kanske redan har data tillgänglig för att avgöra om det finns molekyler på Mars från en organisk biosfär från Mars.”

Viktiga tips från den nya forskningen

“Sökandet efter utomjordiskt liv är fortfarande en av de mest lockande ansträngningarna inom modern vetenskap”, säger huvudförfattaren Jim Cleaves från Earth and Planet Laboratory vid Carnegie Institution for Science, Washington, DC.

”Implikationerna av denna nya forskning är många, men det finns tre viktiga slutsatser: för det första, på någon djup nivå, skiljer sig biokemi från abiotisk organisk kemi; för det andra kan vi titta på prover från Mars och den antika jorden för att se om de någonsin levt; och för det tredje är det troligt att denna nya metod kan skilja alternativa biosfärer från jordens, med betydande konsekvenser för framtida astrobiologiska uppdrag.”

AI:s roll för att skilja biotiska och abiotiska prover

Den innovativa analysmetoden bygger inte bara på att identifiera en specifik molekyl eller grupp av föreningar i ett prov.

Istället visade forskarna att AI kan skilja biotiska från abiotiska prover genom att upptäcka subtila skillnader inom ett provs molekylära mönster, vilket avslöjas av pyrolysgaskromatografianalys (som separerar och identifierar komponenterna i ett prov). , följt av masspektrometri (som bestämmer molekylvikter). av dessa komponenter).

En stor mängd multidimensionell data från molekylära analyser av 134 kända abiotiska eller biotiska kolrika prover användes för att träna AI att förutsäga ursprunget till ett nytt prov. Med ungefär 90 % noggrannhet identifierade AI framgångsrikt prover som härrörde från:

  • Levande saker, såsom snäckor, tänder, ben, insekter, löv, ris, människohår och moderna celler bevarade i finkorniga stenar.
  • Rester av forntida liv som förändrats genom geologisk bearbetning (t.ex. kol, olja, bärnsten och kolrika fossiler), eller
  • Prover med abiotiskt ursprung, såsom rena laboratoriekemikalier (t.ex.
    Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called “essential” for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>aminosyror) och kolrika meteoriter.

Författarna tillägger att hittills har ursprunget till många gamla kolhaltiga prover varit svåra att fastställa eftersom samlingar av organiska molekyler, vare sig de är biotiska eller abiotiska, tenderar att brytas ned över tiden.

Överraskande nog, trots betydande försämringar och förändringar, upptäckte den nya analysmetoden tecken på biologi som i vissa fall bevarats i hundratals miljoner år.

Dechiffrera livets kemi och potentialen för framtida upptäckter

Dr Hazen säger: “Vi började med tanken att livets kemi skiljer sig fundamentalt från den livlösa världens; att det finns “kemiska levnadsregler” som påverkar mångfalden och fördelningen av biomolekyler. “Om vi ​​kunde härleda dessa regler skulle vi kunna använda dem för att vägleda våra ansträngningar att modellera livets ursprung eller för att upptäcka subtila tecken på liv på andra världar.”

“Dessa resultat betyder att det är möjligt att vi kan hitta en form av liv från en annan planet, från en annan biosfär, även om den skiljer sig mycket från det liv vi känner på jorden. Och om vi hittar tecken på liv på andra platser, kommer vi att kunna veta om livet på jorden och andra planeter har ett gemensamt eller annat ursprung.”

”Med andra ord borde metoden kunna detektera utomjordisk biokemi, såväl som liv på jorden. Detta är viktigt eftersom det är relativt lätt att upptäcka de molekylära biomarkörerna för livet på jorden, men vi kan inte anta att utomjordiskt liv kommer att använda dem.

“Vad som verkligen förvånade oss var att vi tränade vår maskininlärningsmodell att förutsäga endast två typer av prover (biotiska eller abiotiska), men metoden upptäckte tre distinkta populationer: abiotiska, levande biotiska och fossila biotiska. Den skulle med andra ord kunna skilja mellan nyare biologiska prover och fossila prover: ett nyplockat blad eller grönsak, till exempel, kontra något som dog för länge sedan. Detta överraskande fynd ger oss optimism om att andra attribut som fotosyntetiskt liv eller eukaryoter (celler med en kärna) också skulle kunna urskiljas.

AI:s analytiska förmåga att reda ut komplexa mönster

För att förklara AI:s roll använder medförfattaren Anirudh Prabhu från Carnegie Institute for Science idén att separera mynt med olika attribut (monetärt värde, metall, årtal, vikt eller radie, till exempel) och går sedan vidare för att hitta kombinationer av attribut som skapar mer nyanserade separationer och grupperingar. “Och när hundratals av dessa attribut är inblandade är AI-algoritmer ovärderliga för att samla informationen och skapa mycket nyanserade insikter.”

Tillägger Dr. Cleaves: “Ur en kemisk synvinkel hänför sig skillnaderna mellan biotiska och abiotiska prover till aspekter som vattenlöslighet, molekylvikter, flyktighet, etc.”

“Det enklaste sättet jag skulle tänka på detta är att en cell har ett membran och ett inre, kallat cytosol; Membranet är ganska olösligt i vatten, medan innehållet i cellen är ganska lösligt i vatten. “Det arrangemanget håller membranet monterat samtidigt som man försöker minimera kontakten mellan dess komponenter och vatten och förhindrar också “inre komponenter” från att läcka genom membranet.”

“Inre komponenter kan också förbli lösta i vatten trots att de är extremt stora molekyler, såsom kromosomer och proteiner”, säger han.

“Så, om du bryter ner en levande cell eller vävnad till dess komponenter får du en blandning av mycket vattenlösliga molekyler och mycket vattenolösliga molekyler fördelade på ett spektrum. “Saker som olja och kol har förlorat det mesta av sitt vattenlösliga material under sin långa historia.”

“Biologiska prover kan ha unika fördelningar på detta spektrum från varandra, men de är också olika från biologiska distributioner.”

Svarta sediment 3,5 miljarder år gamla

3,5 miljarder år gammal Apex Chert från vildmarken i västra Australien. Kredit: Carnegie Science Earth and Planets Laboratory

Tekniken kan snart lösa ett antal vetenskapliga mysterier på jorden, inklusive ursprunget till västra Australiens 3,5 miljarder år gamla svarta sediment: hett omdiskuterade stenar som vissa forskare säger innehåller de äldsta fossila mikroberna på jorden. medan andra hävdar att de saknar av livet. tecken.

Andra gamla stenprover från norra Kanada, Sydafrika och Kina väcker liknande debatter.

“Vi tillämpar våra metoder just nu för att ta itu med dessa långvariga frågor om biogeniciteten hos organiskt material i dessa bergarter”, säger Hazen.

Och nya idéer har dykt upp om de möjliga bidragen från detta nya tillvägagångssätt inom andra områden som biologi, paleontologi och arkeologi.

“Om AI lätt kan skilja biotiskt liv från abiotiskt, såväl som modernt liv från forntida liv, vilka andra insikter kan vi få? Kunde vi till exempel upptäcka om en gammal fossil cell hade en kärna eller var fotosyntetisk? säger Dr Hazen.

”Kan du analysera förkolnade lämningar och särskilja olika träslag från en arkeologisk plats? “Det är som om vi doppar tårna i vattnet i ett stort hav av möjligheter.”

Referens: “A robust and agnostic molecular biosignature based on machine learning” av H. James Cleaves, Grethe Hystad, Anirudh Prabhu, Michael L. Wong, George D. Cody, Sophia Economon och Robert M. Hazen, 25 september 2023, National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2307149120

Studien finansierades av John Templeton Foundation.