Los científicos han descubierto una prueba sencilla y fiable para detectar signos de vida pasada o presente en otros planetas: “el santo grial de la astrobiología”.
En la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, un equipo de siete miembros informa que con un 90% de precisión, su método basado en inteligencia artificial distinguió muestras biológicas modernas y antiguas de aquellas de origen abiótico.
“Este método analítico de rutina tiene el potencial de revolucionar la búsqueda de vida extraterrestre y profundizar nuestra comprensión tanto del origen como de la química de la vida más temprana en la Tierra”, dice el Dr. Hazen. “Abre el camino al uso de sensores inteligentes en naves espaciales robóticas, módulos de aterrizaje y vehículos exploradores para buscar signos de vida antes de que las muestras regresen a la Tierra”.
De manera más inmediata, la nueva prueba podría revelar la historia de rocas antiguas y misteriosas en la Tierra, y posiblemente la de muestras ya recolectadas por el instrumento de Análisis de Muestras en Marte (SAM) del rover Mars Curiosity. Estas últimas pruebas podrían realizarse utilizando un instrumento analítico a bordo denominado “SAM” (por Análisis de Muestras en Marte).
“Tendremos que modificar nuestro método para que coincida con los protocolos de SAM, pero es posible que ya tengamos datos disponibles para determinar si hay moléculas en Marte de una biosfera marciana orgánica”.
“La búsqueda de vida extraterrestre sigue siendo uno de los esfuerzos más tentadores de la ciencia moderna”, dice el autor principal Jim Cleaves del Laboratorio de Tierra y Planetas del Instituto Carnegie para la Ciencia, Washington, DC.
“Las implicaciones de esta nueva investigación son muchas, pero hay tres conclusiones importantes: en primer lugar, en algún nivel profundo, la bioquímica difiere de la química orgánica abiótica; en segundo lugar, podemos observar muestras de Marte y de la Tierra antigua para saber si alguna vez estuvieron vivas; y tercero, es probable que este nuevo método pueda distinguir biosferas alternativas de las de la Tierra, con implicaciones significativas para futuras misiones astrobiológicas”.
El innovador método analítico no se basa simplemente en identificar una molécula o grupo de compuestos específicos en una muestra.
En cambio, los investigadores demostraron que la IA puede diferenciar muestras bióticas de abióticas al detectar diferencias sutiles dentro de los patrones moleculares de una muestra, como lo revela el análisis de cromatografía de gases de pirólisis (que separa e identifica los componentes de una muestra), seguido de espectrometría de masas (que determina los pesos moleculares). de esos componentes).
Se utilizaron una gran cantidad de datos multidimensionales de los análisis moleculares de 134 muestras conocidas abióticas o bióticas ricas en carbono para entrenar a la IA para predecir el origen de una nueva muestra. Con aproximadamente un 90% de precisión, la IA identificó con éxito muestras que se originaron en:
Seres vivos, como conchas, dientes, huesos, insectos, hojas, arroz, cabello humano y células modernas conservadas en rocas de grano fino.
Restos de vida antigua alterados por procesamiento geológico (por ejemplo, carbón, petróleo, ámbar y fósiles ricos en carbono) o
Muestras con orígenes abióticos, como sustancias químicas puras de laboratorio (por ejemplo, aminoácidos) y meteoritos ricos en carbono.
Los autores añaden que hasta ahora los orígenes de muchas muestras antiguas que contienen carbono han sido difíciles de determinar porque las colecciones de moléculas orgánicas, ya sean bióticas o abióticas, tienden a degradarse con el tiempo.
Sorprendentemente, a pesar de importantes deterioros y alteraciones, el nuevo método analítico detectó signos de biología conservados en algunos casos durante cientos de millones de años.
El Dr. Hazen dice: “Comenzamos con la idea de que la química de la vida difiere fundamentalmente de la del mundo inanimado; que existen ‘reglas químicas de la vida’ que influyen en la diversidad y distribución de las biomoléculas. Si pudiéramos deducir esas reglas, Podemos usarlos para guiar nuestros esfuerzos por modelar los orígenes de la vida o para detectar signos sutiles de vida en otros mundos”.
“Estos resultados significan que es posible que podamos encontrar una forma de vida en otro planeta, en otra biosfera, incluso si es muy diferente de la vida que conocemos en la Tierra. Y, si encontramos signos de vida en otros lugares, podremos saber si hay vida”. en la Tierra y otros planetas derivados de un origen común o diferente.”
“Dicho de otra manera, el método debería ser capaz de detectar bioquímicas extraterrestres, así como vida en la Tierra. Eso es un gran problema porque es relativamente fácil detectar los biomarcadores moleculares de la vida en la Tierra, pero no podemos asumir que la vida extraterrestre usará ADN. aminoácidos, etc. Nuestro método busca patrones en las distribuciones moleculares que surgen de la demanda de la vida de moléculas “funcionales”.
“Lo que realmente nos sorprendió fue que entrenamos nuestro modelo de aprendizaje automático para predecir sólo dos tipos de muestras (bióticas o abióticas), pero el método descubrió tres poblaciones distintas: abióticas, bióticas vivas y bióticas fósiles”.
“En otras palabras, podría diferenciar muestras biológicas más recientes a partir de muestras fósiles: una hoja o un vegetal recién arrancado, por ejemplo, frente a algo que murió hace mucho tiempo. Este sorprendente hallazgo nos da optimismo de que otros atributos como la vida fotosintética o los eucariotas (células con un núcleo) también podría distinguirse.”
Para explicar el papel de la IA, el coautor Anirudh Prabhu, del Instituto Carnegie para la Ciencia, utiliza la idea de separar monedas utilizando diferentes atributos (valor monetario, metal, año, peso o radio, por ejemplo) y luego va más allá para encontrar combinaciones de atributos. que crean separaciones y agrupaciones más matizadas. “Y cuando están involucrados cientos de esos atributos, los algoritmos de IA son invaluables para recopilar la información y crear conocimientos muy matizados”.
“Desde un punto de vista químico, las diferencias entre muestras bióticas y abióticas se relacionan con aspectos como la solubilidad en agua, los pesos moleculares, la volatilidad, etc.”, añadió el Dr. Cleaves.
“La forma más sencilla en la que pensaría esto es que una célula tiene una membrana y un interior, llamado citosol; la membrana es bastante insoluble en agua, mientras que el contenido de la célula es bastante soluble en agua. Esa disposición mantiene la membrana ensamblada mientras Intenta minimizar el contacto de sus componentes con el agua y también evita que los ‘componentes internos’ se filtren a través de la membrana”.
“Los componentes internos también pueden permanecer disueltos en agua a pesar de ser moléculas extremadamente grandes, como los cromosomas y las proteínas”, dice.
“Entonces, si uno descompone una célula o tejido vivo en sus componentes, obtiene una mezcla de moléculas muy solubles en agua y moléculas muy insolubles en agua distribuidas en un espectro. Cosas como el petróleo y el carbón han perdido la mayor parte del material soluble en agua. a lo largo de sus largas historias.”
“Las muestras biológicas pueden tener distribuciones únicas en este espectro entre sí, pero también son distintas de las distribuciones biológicas”.
La técnica pronto podría resolver una serie de misterios científicos en la Tierra, incluido el origen de sedimentos negros de 3.500 millones de años de antigüedad de Australia Occidental: rocas muy debatidas que, según algunos investigadores, contienen los microbios fósiles más antiguos de la Tierra, mientras que otros afirman que están desprovistas de vida. señales.
Otras muestras de rocas antiguas del norte de Canadá, Sudáfrica y China suscitan debates similares.
“Estamos aplicando nuestros métodos ahora mismo para abordar estas preguntas de larga data sobre la biogenicidad del material orgánico en estas rocas”, dice Hazen.
Y han surgido nuevas ideas sobre las posibles contribuciones de este nuevo enfoque en otros campos como la biología, la paleontología y la arqueología.
“Si la IA puede distinguir fácilmente la vida biótica de la abiótica, así como la vida moderna de la antigua, ¿qué otros conocimientos podríamos obtener? Por ejemplo, ¿podríamos determinar si una antigua célula fósil tenía un núcleo o era fotosintética?” dice el Dr. Hazen.
“¿Podría analizar restos carbonizados y discriminar diferentes tipos de madera de un sitio arqueológico? Es como si estuviéramos sumergiendo los dedos de los pies en el agua de un vasto océano de posibilidades”.
“El método innovador de Cleaves y sus colegas para distinguir la materia orgánica biológica de la abiótica es un regalo para los astrobiólogos y, muy posiblemente, también para los estudiantes de la historia temprana de la Tierra. Aún queda mucho por aprender, pero algún día se creará una versión de próxima generación de su sistema bien podría volar a Marte, evaluando la posibilidad de vida en el planeta rojo, mientras sus hermanos terrestres iluminan la antigüedad de la vida en nuestro propio planeta”, dijo Andrew H. Knoll, profesor de Historia Natural de Fisher y profesor de investigación de la Tierra. y Ciencias Planetarias Emérito, Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva, Universidad de Harvard
“¡Creo que este nuevo estudio es muy emocionante! Es una nueva vía de investigación para explorar, ya que parece discriminar la materia orgánica abiótica de la biótica en función de su complejidad molecular y podría ser potencialmente una herramienta fantástica para las misiones de astrobiología”, añadió Emmanuelle J. Javaux, Jefe del Laboratorio de Astrobiología de Evolución y Rastros de la Vida Temprana, y Director de la Unidad de Investigación de Astrobiología, Universidad de Lieja, Bélgica.
“¡También sería muy interesante probar este nuevo método en algunos de los rastros putativos y debatidos más antiguos de vida en la Tierra, así como en organismos modernos y fósiles de los tres dominios de la vida! Esto podría ayudar a resolver algunos debates candentes en nuestra comunidad. “.
“Tenemos una gran necesidad de biofirmas para la vida que no dependan de la búsqueda de un tipo específico de biomolécula que pueda ser universal para toda la vida en la Tierra, pero no universal para toda la vida fuera de la Tierra”, dijo Karen Lloyd, profesora de Departamento de Microbiología, Universidad de Tennessee, Knoxville.
“Este artículo identifica un camino a seguir para utilizar una firma química relativamente fácil de medir y determinar si es probable que sea indicativa de vida o no, sin suponer que la vida fuera de la Tierra utilizará las mismas biomoléculas que la vida en la Tierra. Este mismo enfoque estadístico También podría ser aplicable a otros tipos de mediciones, ampliando la gama de mediciones que pueden usarse para identificar biofirmas agnósticas de vida”.
“Esto proporciona una importante herramienta potencial para identificar vida tanto en otros planetas como en períodos distantes del pasado de la Tierra. Es importante destacar que la técnica ya se puede utilizar en naves espaciales que pueden viajar a diferentes partes del sistema solar en nuestra búsqueda de vida en otros lugares además de la Tierra. “, añadió Daniel Gregory, profesor asistente del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Toronto.
Con información de Proceedings of the National Academy of Sciences
