Международная группа исследователей разработала метод поиска признаков внеземной жизни на Марсе. Технология позволяет анализировать биосигнатуры с помощью оборудования, которое уже установлено на борту марсоходов, и не требует доставки образцов на Землю. Результаты работы опубликованы в журнале PNAS Nexus.
Новый подход кардинально меняет стратегию поиска жизни за пределами Земли. Вместо того чтобы ждать возвращения марсианских образцов на Землю — процесс сложный, дорогой и отложенный на неопределенный срок — учёные предлагают использовать инструменты, которые уже находятся на поверхности планеты.
Главные мысли за 1 минуту
- Новый метод различает минералы биологического и небиологического происхождения с точностью почти 98%.
- Технология не требует доставки марсианских образцов на Землю и использует оборудование, уже установленное на марсоходах.
- Ключевой объект исследования — апатит, фосфатный минерал, распространенный на Земле и в космосе, который может формироваться как биологическим, так и геологическим путем.
- Модель машинного обучения проанализировала 331 образец спектров апатита и натренировалась отличать его происхождение по 21 ключевому параметру.
- Комбинация рамановской спектроскопии и искусственного интеллекта позволяет марсоходам автономно искать следы жизни на месте, без участия человека.
Как отличить жизнь от геологии по структуре минералов
До сих пор большинство миссий по поиску жизни сосредотачивались на обнаружении органических молекул или поиске окаменелостей в осадочных породах и древних водных средах. Минералы, способные сохранять следы биологической активности на протяжении миллионов и даже миллиардов лет, практически не рассматривались как основной источник информации.
Новый подход основан на изучении именно таких минералов. Исследователи показали, что эти структуры могут сохранять информацию о древней жизни гораздо дольше, чем органические вещества. Роберт Хейзен из Института науки Карнеги и его коллеги отмечают, что поиск жизни и биосигнатур за пределами Земли является одной из главных задач астробиологии, однако надежные признаки жизни, доступные для космических аппаратов, пока остаются ограниченными.
Апатит как ключ к разгадке
В качестве объекта исследования учёные выбрали минерал апатит — распространенный фосфат, встречающийся как на Земле, так и в космосе. Апатит является важным компонентом биологических структур, включая зубы и кости, но также формируется естественным небиологическим путем. Именно это двойственное свойство сделало его подходящим материалом для проверки нового метода. Учёные стремились определить, можно ли отличить апатит, сформированный живыми организмами, от минерала, возникшего в результате обычных геологических процессов.
Для поиска минеральных биосигнатур исследователи использовали метод рамановской спектроскопии. Этот способ позволяет изучать структуру минералов и химический состав веществ без разрушения образца, анализируя взаимодействие лазерного света с материалом. Спектры, полученные приборами марсоходов, во многом сопоставимы с данными лабораторных исследований на Земле, что позволяет использовать земные базы данных для интерпретации возможных сигналов жизни в условиях других планет.
Искусственный интеллект учится распознавать следы жизни
Однако анализ природных минералов остается сложной задачей. Спектры таких образцов часто содержат множество перекрывающихся сигналов, неоднородный фон и изменения характеристик, связанные с химическим составом. Ранее это значительно затрудняло поиск надежных признаков биологического происхождения только по отдельным особенностям спектра.
Для эксперимента исследователи собрали 331 образец спектров апатита с заранее известным происхождением. Среди них были образцы биологического происхождения, природные небиологические минералы и синтетические материалы. Специалисты выделили 21 наиболее важный параметр спектров и обучили алгоритм машинного обучения на основе метода случайного леса. Искусственный интеллект анализировал различные характеристики, включая положение спектральных линий, их ширину и относительную интенсивность.
Наиболее информативными признаками стали карбонатная линия спектра и ширина основной фосфатной линии. Эти характеристики отражают соответственно химический состав минерала и особенности его кристаллической структуры. При проверке метода на 311 образцах модель смогла различить биологический и небиологический апатит с точностью более 96%. Алгоритм ошибочно классифицировал только один биологический образец как небиологический и один небиологический образец как связанный с жизнью.
Что это означает для марсоходов на Марсе
На Марсе марсоход NASA Perseverance тщательно собирает образцы грунта и пород, которые считаются наиболее перспективными для поиска биосигнатур. Планы по возвращению этих образцов на Землю с помощью отдельной миссии столкнулись с серьезными техническими и финансовыми трудностями и могут быть реализованы не в ближайшее время.
Исследователи отмечают, что инструменты, уже установленные на марсоходе Perseverance, а также оборудование, которое планируется использовать на европейском марсоходе Rosalind Franklin, способны искать признаки жизни непосредственно на поверхности Марса. Новая технология создает универсальную стратегию поиска следов жизни в древних минеральных структурах. Комбинация космических приборов и методов искусственного интеллекта позволит значительно расширить возможности автономного анализа данных прямо на других планетах.
Авторы работы полагают, что искусственный интеллект станет ключевым инструментом будущих миссий, поскольку позволит находить сложные закономерности в огромных массивах данных и отличать возможные следы биологической активности от обычных геологических процессов. В дальнейшем поиск внеземной жизни, вероятно, будет основываться на совместном изучении минеральных и органических признаков. Учёные планируют объединять данные рамановской спектроскопии с результатами инфракрасного анализа, лазерной спектроскопии, рентгеновской флуоресценции и других методов исследования.
