Искусственный интеллект научился отличать следы жизни в органических молекулах

В конце 2023 года специалисты NASA вскрыли контейнер с образцами, доставленными с астероида Бенну в рамках миссии OSIRIS-REx. Внутри оказались частицы пыли и фрагменты породы, насыщенные органическими соединениями. Среди них обнаружились все пять нуклеобаз, необходимых для построения ДНК и РНК, четырнадцать из двадцати аминокислот, встречающихся в белках, а также множество других сложных молекул на основе углерода и водорода. Эти вещества традиционно считаются строительными блоками жизни.

Однако ученых удивило не только богатство органики, но и ее структура. Аминокислоты, найденные в образцах с Бенну, оказались почти поровну разделены между «левыми» и «правыми» формами. На Земле же биологические процессы предпочитают исключительно «левые» аминокислоты. Это открытие поставило под сомнение идею о том, что молекулярная асимметрия жизни могла быть унаследована из космоса. Скорее всего, уникальные свойства земной биохимии сформировались уже на нашей планете.

Такой результат серьезно усложняет задачу поиска однозначных признаков жизни во внеземных образцах. Оказывается, даже если в метеорите или породе с другой планеты найдены знакомые молекулы, это еще не доказывает их биологическое происхождение. Органика может формироваться и без участия живых организмов, что затрудняет интерпретацию находок.

Чтобы решить эту проблему, группа исследователей разработала инновационный инструмент - LifeTracer. Это система на основе машинного обучения, способная анализировать сложные паттерны органических молекул в образцах горных пород и метеоритов. Ее задача - определить, насколько вероятно присутствие следов жизни в конкретном материале.

Принцип работы LifeTracer основан на разложении сложных молекулярных смесей на отдельные фрагменты, которые затем классифицируются по массе и химическим свойствам. Полученные данные формируют матрицу, отражающую состав каждой пробы. На этом этапе в дело вступает обучаемая модель, которая учится различать абиотические (неживые) метеоритные образцы и материалы, содержащие остатки биологических процессов.

Даже при ограниченном объеме исходных данных система показала высокую точность. Она выявила характерные особенности, такие как присутствие летучих соединений в метеоритах и специфических серосодержащих молекул, которые могут служить маркерами биологической активности. Такой подход позволяет не ограничиваться поиском отдельных «подозрительных» молекул, а анализировать целостную организацию органических веществ.

LifeTracer открывает новые горизонты для исследований. Теперь ученые могут более уверенно оценивать образцы, которые будут доставлены с Марса, его спутников Фобоса и Деймоса, а также с ледяных лун Юпитера и Сатурна - Европы и Энцелада. Вполне вероятно, что в будущих пробах окажутся сложные смеси органики, сформированные разными процессами. Новый инструмент позволит разобраться в их происхождении и не упустить возможные признаки жизни.

Обнаружение на Бенну богатого набора органических соединений еще раз подчеркивает: химия, благоприятная для жизни, может быть широко распространена в Солнечной системе. Однако наличие нужных молекул - это только часть уравнения. Настоящая биология требует особой организации и взаимодействия веществ, которые не всегда очевидны при поверхностном анализе.

Сегодня становится ясно: для поиска жизни за пределами Земли нужны не только новые приборы, но и интеллектуальные методы обработки данных. LifeTracer - пример того, как искусственный интеллект способен изменить подход к одной из самых захватывающих задач современной науки. В ближайшие годы мы, возможно, станем свидетелями неожиданных открытий, которые заставят пересмотреть наши представления о жизни во Вселенной.