Künstliche Intelligenz hat einen einfachen und zuverlässigen neuen Test entwickelt, um Anzeichen für vergangenes oder gegenwärtiges Leben auf anderen Planeten zu erkennen, was sie als „den heiligen Gral der Astrobiologie“ bezeichnet.
Ein siebenköpfiges Team, das von der John Templeton Foundation finanziert und von Jim Cleaves und Robert Hazen von der Carnegie Institution for Science geleitet wird, berichtet in den Proceedings of the National Academy of Sciences, dass ihre auf künstlicher Intelligenz basierende Methode mit einer Genauigkeit von 90 % moderne und alte biologische Proben von solchen abiotischen Ursprungs unterscheidet.
„Diese routinemäßige Analysemethode hat das Potenzial, die Suche nach außerirdischem Leben zu revolutionieren und unser Verständnis sowohl des Ursprungs als auch der Chemie des frühesten Lebens auf der Erde zu vertiefen“, so Dr. Hazen. Er macht den Weg frei für den Einsatz intelligenter Sensoren auf robotischen Raumfahrzeugen, Landern und Rovern, um nach Anzeichen von Leben zu suchen, bevor Proben zur Erde zurückgebracht werden.
Unmittelbarer könnte der neue Test die Geschichte mysteriöser und alter Gesteine auf der Erde aufdecken, und möglicherweise auch die von Proben, die bereits mit dem Instrument SAM (Sample Analysis at Mars) auf dem Mars-Rover Curiosity gesammelt wurden. Die letztgenannten Tests könnten mit einem bordeigenen Analyseinstrument namens SAM (Sample Analysis at Mars) durchgeführt werden.
„Wir werden unsere Methode an die SAM-Protokolle anpassen müssen, aber wir haben vielleicht schon Daten in der Hand, um festzustellen, ob es auf dem Mars Moleküle aus einer organischen Biosphäre gibt“, sagt er.
„Die Suche nach außerirdischem Leben ist nach wie vor eines der spannendsten Unterfangen der modernen Wissenschaft“, fügt der Hauptautor Jim Cleaves vom Earth and Planets Laboratory der Carnegie Institution for Science hinzu: „Die Auswirkungen dieser neuen Forschung sind vielfältig, aber es gibt drei wichtige Schlussfolgerungen“, betont er: „Erstens unterscheidet sich die Biochemie auf einer tiefen Ebene von der abiotischen organischen Chemie; zweitens können wir Proben vom Mars und von der alten Erde untersuchen, um festzustellen, ob sie jemals lebendig waren; und drittens ist es wahrscheinlich, dass diese neue Methode alternative Biosphären von denen auf der Erde unterscheiden kann, was erhebliche Auswirkungen auf zukünftige astrobiologische Missionen hat.“
Die innovative Analysemethode beruht nicht einfach auf der Identifizierung eines bestimmten Moleküls oder einer Gruppe von Verbindungen in einer Probe. Stattdessen haben die Forscher gezeigt, dass die KI biotische Proben von abiotischen Proben unterscheiden kann, indem sie subtile Unterschiede in den molekularen Mustern einer Probe aufspürt, die durch eine Pyrolyse-Gaschromatographie-Analyse (die die Komponenten einer Probe trennt und identifiziert) und eine anschließende Massenspektrometrie (die die Molekulargewichte dieser Komponenten bestimmt) aufgedeckt werden.
Zahlreiche multidimensionale Daten aus molekularen Analysen von 134 bekannten kohlenstoffreichen abiotischen oder biotischen Proben wurden verwendet, um die KI für die Vorhersage der Herkunft einer neuen Probe zu trainieren. Mit einer Genauigkeit von etwa 90 % identifizierte die KI erfolgreich Proben, die von Lebewesen stammen, wie moderne Muscheln, Zähne, Knochen, Insekten, Blätter, Reis, menschliches Haar und in feinkörnigem Gestein konservierte Zellen; Überreste von altem Leben, die durch geologische Prozesse verändert wurden (z.B. Kohle, Öl, Bernstein und kohlenstoffreiche Fossilien); und Proben abiotischen Ursprungs, wie reine Laborchemikalien (z.B. Aminosäuren) und kohlenstoffreiche Meteoriten.
Die Autoren fügen hinzu, dass es bisher schwierig war, den Ursprung vieler alter kohlenstoffreicher Proben zu bestimmen, da Sammlungen organischer Moleküle, ob biotisch oder abiotisch, dazu neigen, sich mit der Zeit zu zersetzen. Überraschenderweise konnten mit der neuen Analysemethode trotz erheblicher Zersetzung und Veränderung Spuren von Biologie nachgewiesen werden, die in einigen Fällen über Hunderte von Millionen Jahren erhalten geblieben waren.
„Wir sind von der Idee ausgegangen, dass sich die Chemie des Lebens grundlegend von der der unbelebten Welt unterscheidet; dass es ‚chemische Regeln des Lebens‘ gibt, die die Vielfalt und Verteilung von Biomolekülen beeinflussen“, sagt Hazen. „Wenn wir diese Regeln ableiten könnten, könnten wir sie nutzen, um den Ursprung des Lebens zu modellieren oder um subtile Anzeichen von Leben auf anderen Welten zu entdecken“.
„Diese Ergebnisse bedeuten, dass wir in der Lage sein könnten, eine Lebensform von einem anderen Planeten, einer anderen Biosphäre, zu finden, auch wenn sie sich stark von dem Leben unterscheidet, das wir auf der Erde kennen“, schlägt er vor. „Und wenn wir anderswo Anzeichen von Leben finden, werden wir wissen, ob das Leben auf der Erde und auf anderen Planeten aus einem gemeinsamen oder einem unterschiedlichen Ursprung stammt. Mit anderen Worten: Die Methode sollte in der Lage sein, außerirdische Biochemikalien ebenso wie irdisches Leben zu erkennen. Das ist sehr wichtig, denn es ist relativ einfach, die molekularen Biomarker des irdischen Lebens zu erkennen, aber wir können nicht davon ausgehen, dass außerirdisches Leben DNA, Aminosäuren usw. verwendet“, betont er.
Unsere Methode sucht nach Mustern in der molekularen Verteilung, die sich aus dem Bedarf des Lebens an „funktionalen“ Molekülen ergeben. „Was uns wirklich erstaunt hat, war, dass wir unser maschinelles Lernmodell so trainiert haben, dass es nur zwei Arten von Proben vorhersagen konnte, nämlich biotische und abiotische, aber die Methode entdeckte drei verschiedene Populationen: abiotische, lebende biotische und fossile biotische“, fährt er fort.
Mit anderen Worten, es konnte neuere biologische Proben von Fossilien unterscheiden: ein frisch gepflücktes Blatt oder Gemüse zum Beispiel von etwas, das schon vor langer Zeit gestorben ist. Diese überraschende Erkenntnis stimmt uns optimistisch, dass wir auch andere Merkmale wie photosynthetisches Leben oder Eukaryoten (Zellen mit Zellkern) unterscheiden können. Die Technik könnte schon bald einige wissenschaftliche Rätsel auf der Erde lösen, wie z.B. den Ursprung der 3,5 Milliarden Jahre alten schwarzen Sedimente in Westaustralien, heiß diskutierte Felsen, von denen einige Forscher behaupten, dass sie die ältesten fossilen Mikroben der Erde beherbergen, während andere behaupten, dass sie keine Anzeichen von Leben aufweisen. Auch andere Proben alter Gesteine aus Nordkanada, Südafrika und China lösen ähnliche Debatten aus.
„Wir wenden jetzt unsere Methoden an, um diese uralten Fragen über die Biogenität des organischen Materials in diesen Gesteinen zu beantworten“, bestätigt Hazen, und es sind neue Ideen über den möglichen Beitrag dieses neuen Ansatzes zu anderen Bereichen wie Biologie, Paläontologie und Archäologie entstanden.
„Wenn die KI das Biotische vom Abiotischen und das moderne Leben vom antiken Leben leicht unterscheiden kann, welche weiteren Erkenntnisse könnten wir dann gewinnen? Könnten wir zum Beispiel herausfinden, ob eine alte fossile Zelle einen Zellkern hatte oder photosynthetisch war? -Könnte man verkohlte Überreste analysieren und zwischen verschiedenen Holzarten an einer archäologischen Stätte unterscheiden? Es ist, als ob wir nur unsere Zehen in das Wasser eines riesigen Ozeans von Möglichkeiten tauchen würden.
Quelle: Agenturen
