ABD’li bilim adamlarından oluşan bir ekip, yaşam belirtilerini %90 doğrulukla tespit edebilen yapay zeka tabanlı bir sistem geliştirdi. Bu sistem biyolojik ve abiyotik materyalleri birbirinden ayırabilmektedir. Yaşamın Dünya ve Mars’taki kökenlerini anlamak ve dünya dışı yaşamı tespit etmek, potansiyel olarak astrobiyolojiyi dönüştürmek için önemli çıkarımlar içeriyor.
Sistem, biyolojik ve biyolojik olmayan numuneler arasında ayrım yapma konusunda %90 doğruluk göstermektedir.
İnsanoğlu başka gezegenlerde yaşam arıyor ama onu gördüğümüzde nasıl tanıyacağız? Şimdi Amerika Birleşik Devletleri’ndeki bir bilim insanı ekibi, diğer gezegenlerdeki yaşam belirtilerini %90 oranında tespit edebilen bir yapay zeka sistemi yarattı. kesinlik.
Çalışma yakın zamanda bilim adamlarına ilk kez 14 Cuma günü Lyon’daki Goldschmidt Jeokimya Konferansı’nda sunuldu.bu Temmuz ayında bu alanda çalışan diğer kişilerden olumlu tepkiler aldı. Ayrıntılar yakın zamanda hakemli dergide de yayınlandı. PNAS.
Carnegie Enstitüsü Jeofizik Laboratuvarı ve George Mason Üniversitesi’nden baş araştırmacı Profesör Robert Hazen. “Bu, diğer dünyalardaki yaşamın biyokimyasal işaretlerini tanıma yeteneğimizde önemli bir ilerlemedir. Yaşam belirtilerini aramak için insansız uzay gemilerinde akıllı sensörlerin kullanılmasının yolunu açıyor.”
1950’lerin başından bu yana bilim insanları, doğru koşullar sağlandığında basit kimyasalların karıştırılmasıyla yaşam için gerekli olan daha karmaşık moleküllerden bazılarını oluşturulabileceğini biliyorlardı. amino asitler. O zamandan bu yana yaşam için gerekli olan nükleotidler gibi daha birçok bileşen üretildi. DNA, uzayda tespit edildi. Peki bunların biyolojik kökenli mi olduğunu, yoksa zamanla başka bir abiyotik süreç tarafından mı yapıldığını nasıl bileceğiz? Bunu bilmeden yaşamı tespit edip etmediğimizi bilemeyiz.
Curiosity gezgini tarafından Haziran 2016’da Mars yüzeyinde çekilen bir selfie. Curiosity gezgini, bu bildirimde açıklanan piroliz-GCMS ekipmanını kullanmıştır. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Bob Hazen, “Temel bir soru soruyoruz; Cansız dünyanın kimyasıyla karşılaştırıldığında yaşamın kimyasında temelde farklı bir şey var mı? Biyomoleküllerin çeşitliliğini ve dağılımını etkileyen “yaşamın kimyasal kuralları” var mı? Bu kuralları çıkarabilir miyiz ve bunları yaşamın kökenlerini modelleme veya diğer dünyalardaki yaşamın ince işaretlerini tespit etme çabalarımıza rehberlik etmek için kullanabilir miyiz? bulunduğunu tespit ettik.
Evrimsel bir bakış açısına göre, yaşamın sürdürülmesi kolay bir şey değildir ve bu nedenle işe yarayan ve çalışmayan bazı yollar vardır. Analizimiz bir bileşiğin mutlak tanımlanmasına dayanmıyor ancak biyolojik/biyolojik olmayan kökenleri bileşiğe örnek bağlamla ilişkili olarak bakarak belirliyor.”
Ne yaptılar
Görevlendirilen bilim insanları NASA Canlı hücrelerden, zamanla bozulmuş örneklerden, jeolojik olarak işlenmiş fosil yakıtlardan, Karbon açısından zengin meteorlardan ve laboratuvarda sentezlenen organik bileşiklerden ve karışımlardan alınan 134 çeşitli karbon açısından zengin numuneyi analiz etmek için uçuşta test edilmiş piroliz gaz kromatografisi kütle spektrometresi (GCMS) yöntemleri.
Bunlardan 59’u pirinç tanesi, insan saçı, ham petrol vb. gibi biyolojik kökenlidir (biyotik). 75’i amino asitler gibi laboratuvarda sentezlenen bileşikler veya örnekler gibi biyolojik olmayan kökenlidir (abiyotik). karbon bakımından zengin göktaşlarından. Numuneler ilk önce oksijensiz bir ortamda ısıtıldı, bu da numunelerin parçalanmasına neden oldu (piroliz olarak bilinen bir işlem).
Muamele edilen numuneler daha sonra karışımı bileşen parçalarına ayıran ve daha sonra bunları tanımlayan analitik bir cihaz olan GC-MS’de analiz edildi. Bir dizi makine öğrenimi yöntemi kullanılarak, her bir abiyotik veya biyotik numuneden alınan üç boyutlu (zaman/yoğunluk/kütle) veriler, eğitim veya test alt kümeleri olarak kullanıldı; bu, numunenin abiyotik veya biyotik doğasını tahmin edebilen bir modelle sonuçlandı. yüzde 90’ın üzerinde doğrulukla.
İlk sunum ve diğer bilim adamlarından geri bildirimler
Profesör Hazen çalışmayı ilk kez bilim insanlarına sundu. Goldschmidt jeokimyası 14’te Fransa’nın Lyon kentinde konferansbu Temmuz, Dünya ve diğer gezegen sistemlerindeki yaşamın jeobiyolojisine bakan bir oturumun parçası olarak.
İzleyicilerden gelen sorulara yanıt olarak Profesör Hazen, “Ekibin, Dünya’daki yaşamdan temel olarak farklı olabilecek dünya dışı yaşamı tespit etmek için biyo-imza aralığını genişletebileceğini” doğruladı.
Oturum eş başkanları Anastasia Yanchilina (Impossible Sensing, St Louis) ve Fabian Gäb (Bonn Üniversitesi), katılan bilim adamlarından gelen kişisel geri bildirimlerin canlı ve olumlu olduğunu kaydetti.
Dr. Yanchilina şunları söyledi: “Seans genel olarak iyi geçti ve bu konuşma pastanın üzerindeki kirazlardan biriydi. Bu bizi, bulduğumuzda yaşamı tanımaya daha da yaklaştırıyor.”
Ne demek
Profesör Hazen şöyle devam etti: “Bu çalışmadan çıkan bazı ilginç ve derin çıkarımlar var. Öncelikle bu yöntemleri Dünya’dan alınan eski örneklere uygulayabiliriz. MarsBir zamanlar hayatta olup olmadıklarını öğrenmek için. Bu, Mars’ta yaşam olup olmadığına bakmak için elbette önemlidir, ancak aynı zamanda yaşamın ilk ne zaman başladığını anlamamıza yardımcı olmak için Dünya’dan alınan çok eski örnekleri analiz etmemize de yardımcı olabilir.
Bu aynı zamanda derin bir düzeyde biyokimya ile biyolojik olmayan kimyanın bir şekilde farklı olduğu anlamına da gelir. Bu muhtemelen aynı zamanda başka bir gezegenden, başka bir biyosferden, Dünya’da tanıdıklarımızdan bir yaşam formunu ayırt edebileceğimiz anlamına da geliyor. Bu, başka bir yerde yaşam bulursak, Dünya’daki ve diğer gezegenlerdeki yaşamın ortak bir kökenden mi (panspermia) yoksa farklı kökenlerden mi geldiğini anlayabileceğimiz anlamına geliyor.
Bizi asıl şaşırtan şey, makine öğrenimi yöntemimizi yalnızca iki özellik (biyotik veya abiyotik) üzerine eğitmiş olmamızdı, ancak yöntem şunu keşfetti: 3 farklı popülasyon–abiyotik, yaşayan biyotik ve fosil biyotik – diğer bir deyişle, fosil örneklerini daha yeni biyolojik örneklerden ayırt edebilir. Bu şaşırtıcı bulgu, fotosentetik yaşam veya ökaryotlar (çekirdeğe sahip hücreler) gibi diğer özelliklerin de ayırt edilebileceği konusunda bize iyimserlik veriyor.
Özetle, bu çalışma esrarengiz organik karışımlardan bilgi çıkarmaya yönelik oldukça kullanışlı bir yaklaşımın sadece başlangıcıdır.”
Yorum yapan Profesör Emmanuelle Javaux (Erken Yaşam İzleri ve Evrim-Astrobiyoloji laboratuvarı başkanı, Araştırma birimi Astrobiyoloji Direktörü, Liège Üniversitesi, Belçika) şunları söyledi:
“Bu yeni çalışmanın çok heyecan verici olduğunu düşünüyorum. Moleküler karmaşıklığına dayanarak abiyotiği biyotik organik maddeden ayırdığı ve astrobiyoloji misyonları için potansiyel olarak harika bir araç olabileceği için keşfedilmesi gereken yeni bir araştırma alanıdır. Bu yeni yöntemi, Dünya yaşamının en eski varsayılan ve tartışılan izlerinden bazılarının yanı sıra yaşamın üç alanındaki modern ve fosil organizmalar üzerinde test etmek de çok ilginç olurdu! bu, topluluğumuzdaki bazı sıcak tartışmaların çözülmesine yardımcı olabilir.”
Bu bağımsız bir yorumdur; Profesör Javaux bu çalışmada yer almamıştır.
Referans: “Dayanıklı, agnostik bir moleküler biyoimza makine öğrenme” H. James Cleaves, Grethe Hystad, Anirudh Prabhu, Michael L. Wong, George D. Cody, Sophia Economon ve Robert M. Hazen, 25 Eylül 2023, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
DOI: 10.1073/pnas.2307149120
Konferans Özeti 18592 Üç Boyutlu Piroliz GCMS Verilerine Uygulanan Makine Öğrenimine Dayalı Sağlam Bir Moleküler Biyoimza
Henderson Cleaves – Blue Marble Uzay Enstitüsü; Grethe Hystad – Kuzeybatı Purdue Üniversitesi; Anirudh Prabhu, Michael Wong, George Cody, Robert Hazen (hepsi Carnegie Bilim Enstitüsü); Sophia Economon – Johns Hopkins Üniversitesi
Kesin biyoimzaların (geçmiş veya şimdiki yaşamın kesin işaretleri) araştırılması astrobiyolojinin temel hedefi olmaya devam ediyor. Bizim hipotezimiz, biyokimyanın köklü yönlerinin, cansız dünyanın kimyasından temel olarak farklı olduğu yönündedir. Canlı olmayan sistemlerdeki moleküllerin aksine, yaşamın karbon bazlı moleküler yapı taşları; bilgiyi depolamak ve kopyalamak, enerji ve atomları toplamak, yapıları inşa etmek, ortamları kontrol etmek ve daha fazlasını içeren işlevlerine göre seçilmelidir. İşlevsel biyomoleküllerin yapımı, enerji ve bilgi gerektirir; bu, rekabetçi Darwinci dünyada değerli mallardır. Bu nedenle, canlı sistemlerdeki organik moleküllerin çeşitliliği ve dağılımının, abiyotik süreçler tarafından üretilen organik moleküler paketlerden farklı olduğunu, çünkü işlev ve etkili sentez yollarına yönelik biyolojik seçilim süreçlerinin, ortaya çıkanla karşılaştırıldığında biyotik moleküllerin farklı frekans dağılımlarına yol açtığını öneriyoruz. Tamamen abiyotik süreçlerden.
Canlı hücrelerden, tafonomik olarak bozunmuş numunelerden, jeolojik olarak işlenmiş fosil yakıtlardan, C açısından zengin göktaşlarından ve laboratuvarda sentezlenen organik bileşiklerden alınan 134 çeşitli karbon açısından zengin numuneyi analiz etmek için NASA’nın uçuş testi piroliz gaz kromatografisi kütle spektrometresi (GCMS) yöntemlerini kullandık. ve karışımlar. Bir dizi makine öğrenimi yöntemi kullanılarak, her bir abiyotik veya biyotik numuneden alınan üç boyutlu (zaman/yoğunluk/kütle) veriler, eğitim veya test alt kümeleri olarak kullanıldı; bu, numunenin abiyotik veya biyotik doğasını tahmin edebilen bir modelle sonuçlandı. yüzde 90’ın üzerinde doğrulukla. Ayrıca canlı hücrelerden, jeolojik olarak işlenmiş biyotalardan ve abiyotik karışımlardan alınan numuneler, organik açıdan zengin numunelerin daha ayrıntılı bir şekilde tanımlanması olasılığına işaret eden farklı özellikleri ortaya koymaktadır (bkz. Şekiller). Çıkarımlar şunları içerir: (1) bu yöntemi Mars ve eski Dünya örneklerine uygulayarak onların bir zamanlar hayatta olup olmadıklarını anlayabiliriz; (2) bazı derin düzeyde biyokimya, abiyotik organik kimyadan farklıdır; ve (3) yöntemin doğası gereği, alternatif biyosferleri Dünya’nın biyosferlerinden ayırt edebilmesi muhtemeldir.