Штучний інтелект розпізнав життя з точністю в 90 відсотків

Метод пошуку життя, розроблений американськими вченими, назвали “святим Граалем астробіології”. Автори нової роботи впевнені, що він може з високою точністю розрізняти біологічні та небіологічні матеріали у зразках, знайдених на інших планетах, а також виявляти сліди стародавніх живих організмів на Землі.

Пошук позаземного життя – одна з найголовніших цілей астробіології. Від самого зародження цієї наукової дисципліни (у XX столітті, а сам термін з’явився на світ завдяки радянському астроному Гавриїлу Тихову, який 1953 року випустив книжку під назвою “Астробіологія”) науковці намагаються знайти відповіді на найважливіші запитання: чи унікальні ми, чи, можливо, у Всесвіті є інші розумні істоти? А якщо ми одні і братів по розуму немає, то, можливо, на інших планетах можна знайти найпростіші форми життя?

Щоб відповісти на них, дослідники шукають у космосі певні біосигнатури. Якщо йдеться, наприклад, про мікроорганізми, то це хімічні біомаркери – молекули, які можуть виробляти бактерії або інші найпростіші істоти. Шукають такі маркери:

• за допомогою спектрометрів, встановлених на сучасних телескопах: учені виявляють в атмосферах планет хімічні елементи, пов’язані з життям;
• спеціальними датчиками, які стоять на борту космічних апаратів.

Однак органічні молекули непостійні, під дією хімічних реакцій вони можуть розпадатися на атоми, що ускладнює їхній пошук.

Останнім часом вчені розробляють нові методи пошуку слідів життя, в яких важливу роль відіграє штучний інтелект. За словами фахівців, ці методи можуть працювати набагато ефективніше, ніж інструменти-аналізатори на борту орбітальних станцій. Алгоритми ШІ дають змогу виявляти тонкі відмінності в молекулярних механізмах живої та неживої природи – навіть у зразках віком сотні мільйонів років.

Група американських учених з Інституту Карнегі представила новий алгоритм машинного навчання, який може з високою точністю встановити, чи належить досліджуваний зразок до біотичного середовища (до живих істот або їхньої діяльності) або до абіотичного (неживої природи, фізичного та хімічного оточення живих організмів). Результати роботи представили в журналі PNAS.

“Наш метод заснований на припущенні, що в молекулах живої природи зберігається інформація про хімічні процеси, які їх породили, а в молекулах неживої – не зберігається. Ймовірно, це характерно і для інопланетного життя. Ми думаємо, що на будь-якій планеті життя для свого підтримання вироблятиме набагато більше різних сполук, ніж абіотичне середовище, і саме ці відмінності може виявити й оцінити наш алгоритм”, – пояснив Роберт Хейзен, один з авторів дослідження.

Учені взяли зразки з живої та неживої природи: клітини організмів, скам’янілості, органічні сполуки та суміші, синтезовані в лабораторії, різного роду хімічні речовини, частини багатих на вуглець метеоритів. Їх проаналізували за допомогою мас-спектрометрії та піролітичної газової хроматографії. Загалом задіяли 134 зразки, з яких 59 були з біотичного середовища і 75 з абіотичного. Дані, які вчені отримали в результаті дослідження, потім використали для навчання алгоритму.

Коли навчання завершилося, фахівці перевірили алгоритм на ділі. Він успішно визначив зразки з живої природи (черепашки, людське волосся, зуби, кістки, клітини організмів), а також виявив змінені залишки давніх живих істот у скам’янілостях, кам’яному вугіллі, нафті, бурштині. Крім того, алгоритм виділив зразки з неживої природи – наприклад, частини метеоритів. Точність склала майже 90 відсотків.

Учені зазначили, що в майбутньому їхній алгоритм машинного навчання можна буде використовувати в датчиках нового покоління на спускових апаратах, місяцеходах і марсоходах. Також його можна буде застосовувати в пошуках життя на потенційно населених світах, таких як Енцелад і Європа.

Найближчим часом команда дослідників задіє свою розробку для вивчення гірських порід віком 3,5 мільярда років у регіоні Пілбара в Західній Австралії, де, як вважається, знаходяться найдавніші у світі скам’янілості. Їх відкрили 1993 року, і вчені вважають, що ці скам’янілості містять залишки бактеріальних матів (споріднені ціанобактеріям), які були першими живими організмами, що виробляють кисень на нашій планеті.

Якщо в цих породах дійсно містяться залишки бактеріальних матів, значить, на Землі сприятливі умови для процвітання життя склалися набагато раніше, ніж вважається в науковому співтоваристві.