Bilim insanları, diğer gezegenlerdeki yaşam belirtilerini tespit etmek için çığır açan yapay zeka tabanlı bir yöntem geliştirdi. %90 doğrulukla bu yöntem, moleküler modelleri analiz ederek biyolojik ve abiyotik örnekler arasında ayrım yapar. Biyoloji ve arkeoloji gibi çeşitli alanlardaki potansiyel uygulamalarla uzay araştırmalarında ve yaşamın kökenine dair anlayışımızda devrim yaratmayı vaat ediyor.
“Astrobiyolojinin Kutsal Kasesi” – Yeni makine öğrenme Bu teknik, bir numunenin biyolojik veya biyolojik olmayan kökenli olup olmadığını %90 oranında belirleyebilir. kesinlik.
Bilim adamları, diğer gezegenlerdeki geçmiş veya şimdiki yaşamın belirtilerini tespit etmek için basit ve güvenilir bir test keşfettiler: “astrobiyolojinin kutsal kâsesi.”
Yakın zamanda dergide yayınlanan bir makalede Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler KitabıJohn Templeton Vakfı tarafından finanse edilen ve Jim Cleaves ile Robert Hazen tarafından yönetilen yedi üyeli bir ekip. Carnegie Bilim Enstitüsüyapay zeka tabanlı yöntemlerinin, modern ve antik biyolojik örnekleri abiyotik kökenli olanlardan %90 doğrulukla ayırdığını bildiriyor.
Uzay Araştırmaları ve Yer Bilimlerinde Devrim Yaratıyor
Dr. Hazen, “Bu rutin analitik yöntem, dünya dışı yaşam arayışında devrim yaratma ve Dünya üzerindeki en eski yaşamın hem kökenine hem de kimyasına ilişkin anlayışımızı derinleştirme potansiyeline sahip” diyor. “Bu, numuneler Dünya’ya dönmeden önce yaşam belirtilerini aramak için robotik uzay araçları, iniş araçları ve gezici araçlarda akıllı sensörlerin kullanılmasının yolunu açıyor.”
Yeni test, Dünya’daki gizemli, antik kayaların ve muhtemelen Dünya’nın halihazırda topladığı örneklerin tarihini ortaya çıkarabilir. Mars Curiosity gezgininin Mars’taki Örnek Analizi (SAM) cihazı. İkinci testler, “SAM” (Mars’ta Örnek Analizi için) 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 fotoğraf, gezicinin bilim ekibinin Jezero Krateri’nin “Krater Tabanı Kırık Kaba” bölgesinde “kaldırım taşı” olarak adlandırdığı yerde gezicinin tehlike kameralarından biri tarafından çekildi. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech
“SAM’in protokollerine uyacak şekilde yöntemimizi değiştirmemiz gerekecek, ancak Mars’ta organik bir Mars biyosferinden moleküller olup olmadığını belirlemek için elimizde zaten veri olması mümkün.”
Yeni Araştırmadan Temel Çıkarımlar
Washington DC’deki Carnegie Bilim Enstitüsü’nün Dünya ve Gezegenler Laboratuvarı’ndan başyazar Jim Cleaves, “Dünya dışı yaşam arayışı, modern bilimdeki en heyecan verici çabalardan biri olmaya devam ediyor” diyor.
“Bu yeni araştırmanın sonuçları çoktur, ancak üç büyük sonuç var: Birincisi, derin bir düzeyde biyokimya, abiyotik organik kimyadan farklıdır; ikincisi, Mars ve eski Dünya örneklerine bakarak onların bir zamanlar hayatta olup olmadıklarını anlayabiliriz; ve üçüncüsü, bu yeni yöntemin alternatif biyosferleri Dünya’dakilerden ayırt edebilmesi muhtemeldir ve gelecekteki astrobiyoloji misyonları için önemli sonuçlar doğuracaktır.”
Biyotik ve Abiyotik Örneklerin Ayırt Edilmesinde Yapay Zekanın Rolü
Yenilikçi analitik yöntem, yalnızca bir numunedeki belirli bir molekülün veya bileşik grubunun tanımlanmasına dayanmaz.
Bunun yerine araştırmacılar, AI’nın, piroliz gaz kromatografisi analizi (bir numunenin bileşen parçalarını ayıran ve tanımlayan) ve ardından kütle spektrometrisi (moleküler ağırlıkları belirleyen) ile ortaya konduğu gibi, bir numunenin moleküler modelleri içindeki ince farklılıkları tespit ederek biyotikleri abiyotik numunelerden ayırt edebildiğini gösterdi. bu bileşenlerden).
Bilinen 134 abiyotik veya biyotik karbon açısından zengin numunenin moleküler analizlerinden elde edilen çok boyutlu geniş veriler, yapay zekayı yeni bir numunenin kökenini tahmin edecek şekilde eğitmek için kullanıldı. Yapay zeka, yaklaşık %90 doğruluk oranıyla aşağıdakilerden kaynaklanan örnekleri başarıyla belirledi:
- Modern kabuklar, dişler, kemikler, böcekler, yapraklar, pirinç, insan saçı ve ince taneli kayalarda korunan hücreler gibi canlılar
- Jeolojik işlemlerle değiştirilmiş eski yaşamın kalıntıları (örneğin kömür, petrol, amber ve karbon açısından zengin fosiller) veya
- Saf laboratuvar kimyasalları gibi abiyotik kökenli numuneler (örn. amino asitler) ve karbon bakımından zengin meteorlar.
Yazarlar, şimdiye kadar birçok eski karbon içeren örneğin kökenini belirlemenin zor olduğunu, çünkü organik molekül koleksiyonlarının, ister biyotik ister abiyotik olsun, zamanla bozulma eğiliminde olduğunu ekliyor.
Şaşırtıcı bir şekilde, önemli bozulma ve değişime rağmen, yeni analitik yöntem, bazı durumlarda yüz milyonlarca yıl boyunca korunan biyolojinin işaretlerini tespit etti.
Yaşamın Kimyasını ve Gelecekteki Keşiflerin Potansiyelini Çözmek
Dr. Hazen şöyle diyor: “Yaşamın kimyasının cansız dünyanınkinden temelde farklı olduğu fikriyle başladık; biyomoleküllerin çeşitliliğini ve dağılımını etkileyen ‘yaşamın kimyasal kuralları’ vardır. Eğer 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, başka bir biyosferden bir yaşam formu bulabileceğimiz anlamına geliyor. Ve eğer başka bir yerde yaşam belirtileri bulursak, Dünya’daki ve diğer gezegenlerdeki yaşamın ortak mı yoksa farklı bir kökenden mi türediğini anlayabiliriz.”
“Başka bir deyişle, yöntem Dünya yaşamının yanı sıra uzaylı biyokimyasını da tespit edebilmelidir. Bu çok önemli çünkü Dünyadaki yaşamın moleküler biyobelirteçlerini tespit etmek nispeten kolay, ancak uzaylı yaşamının bunu kullanacağını varsayamayız. DNAamino asitler, vb. Yöntemimiz, yaşamın “işlevsel” moleküllere olan talebinden kaynaklanan moleküler dağılımlardaki kalıpları arar.
“Bizi gerçekten şaşırtan şey, makine öğrenimi modelimizi yalnızca iki örnek türünü (biyotik veya abiyotik) tahmin edecek şekilde eğitmemizdi, ancak yöntem üç farklı popülasyon keşfetti: abiyotik, yaşayan biyotik ve fosil biyotik. Başka bir deyişle, fosil örneklerinden daha yeni biyolojik örnekler (örneğin, yeni koparılmış bir yaprak veya sebze ile uzun zaman önce ölmüş bir şey) hakkında bilgi verebilir. Bu şaşırtıcı bulgu bize, fotosentetik yaşam veya ökaryotlar (çekirdeğe sahip hücreler) gibi diğer özelliklerin de ayırt edilebileceği konusunda iyimserlik veriyor.”
Yapay Zekanın Karmaşık Modelleri Çözmede 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 ve ardından daha da ileri giderek bunların kombinasyonlarını bulma fikrini kullanıyor. Daha incelikli ayrımlar ve gruplamalar yaratan nitelikler. “Ve buna benzer yüzlerce özellik söz konusu olduğunda, yapay zeka algoritmaları, bilgiyi derlemek ve son derece incelikli içgörüler oluşturmak için paha biçilmez bir değere sahip oluyor.”
Dr. Cleaves şunu ekliyor: “Kimyasal açıdan bakıldığında, biyotik ve abiyotik örnekler arasındaki farklar suda çözünürlük, moleküler ağırlık, uçuculuk vb. şeylerle ilgilidir.”
“Bunu düşünmemin basit yolu, bir hücrenin bir zarı ve sitozol adı verilen bir iç kısmı olduğudur; zar suda oldukça çözünmezken, hücrenin içeriği suda oldukça çözünür. Bu düzenleme, bileşenlerinin suyla temasını en aza indirmeye çalışırken membranı bir arada tutuyor ve aynı zamanda ‘iç bileşenlerin’ membrandan sızmasını da önlüyor.”
“İç bileşenler, kromozomlar ve proteinler gibi son derece büyük moleküller olmasına rağmen suda çözünmüş olarak kalabilir” diyor.
“Yani, canlı bir hücreyi veya dokuyu bileşenlerine ayırırsanız, suda çok çözünen moleküller ile suda çok çözünmeyen moleküllerin bir spektruma yayılmış bir karışımı elde edilir. Petrol ve kömür gibi şeyler uzun geçmişleri boyunca suda çözünebilen maddelerin çoğunu kaybetmişlerdir.”
“Abiyolojik numuneler bu spektrumda birbirlerine göre benzersiz dağılımlara sahip olabilir, ancak bunlar aynı zamanda biyolojik dağılımlardan da farklıdır.”
Batı Avustralya’nın vahşi doğalarından 3,5 milyar yıllık Apex Chert. Kredi bilgileri: Carnegie Science Dünya ve Gezegenler Laboratuvarı
Bu teknik, Batı Avustralya’daki 3,5 milyar yıllık siyah çökeltilerin kökeni de dahil olmak üzere, Dünya üzerindeki bir dizi bilimsel gizemi yakında çözebilir. Bu kayalar, bazı araştırmacıların Dünya’nın en eski fosil mikroplarını barındırdığını öne sürerken, diğerleri bunların yaşamdan yoksun olduğunu iddia ediyor. işaretler.
Kuzey Kanada, Güney Afrika ve Çin’deki antik kayalardan alınan diğer örnekler de benzer tartışmalara yol açıyor.
Hazen, “Şu anda bu kayalardaki organik malzemenin biyojenitesi hakkında uzun süredir devam eden soruları yanıtlamak için yöntemlerimizi uyguluyoruz” diyor.
Ve bu yeni yaklaşımın biyoloji, paleontoloji ve arkeoloji gibi diğer alanlara potansiyel katkıları hakkında yeni fikirler ortaya çıktı.
“Yapay zeka, biyotik ile abiyotik yaşamı ve modern ile antik yaşamı kolayca ayırt edebiliyorsa, o zaman başka ne gibi içgörüler kazanabiliriz? Örneğin, eski bir fosil hücresinin çekirdeği mi yoksa fotosentetik mi olduğunu öğrenebilir miyiz?” diyor Dr. Hazen.
“Kömürleşmiş kalıntıları analiz edebilir ve bir arkeolojik alandan farklı ağaç türlerini ayırt edebilir mi? Sanki uçsuz bucaksız olasılıklar okyanusunun sularına ayak parmaklarımızı daldırıyormuşuz gibi.”
Referans: H. James Cleaves, Grethe Hystad, Anirudh Prabhu, Michael L. Wong, George D. Cody, Sophia Economon ve Robert M. Hazen tarafından yazılan “Makine öğrenimine dayalı sağlam, agnostik bir moleküler biyoimza”, 25 Eylül 2023, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
DOI: 10.1073/pnas.2307149120
Çalışma John Templeton Vakfı tarafından finanse edildi.