Une équipe de scientifiques américains a développé un système basé sur l’IA capable de détecter les signes de vie avec une précision de 90 %. Ce système peut faire la distinction entre les matériaux biologiques et abiotiques. Cela a des implications significatives pour la compréhension des origines de la vie sur Terre et sur Mars et pour la détection de la vie extraterrestre, transformant potentiellement l’astrobiologie.
Le système démontre une précision de 90 % dans la distinction entre les échantillons biologiques et non biologiques.
L’humanité recherche la vie sur d’autres planètes, mais comment la reconnaîtrons-nous lorsque nous la verrons ? Aujourd’hui, une équipe de scientifiques aux États-Unis a créé un système d’intelligence artificielle capable d’identifier à 90 % les signes de vie sur d’autres planètes. précision.
Les travaux ont récemment été présentés pour la première fois aux scientifiques lors de la conférence Goldschmidt de géochimie à Lyon le vendredi 14.ème juillet, où il a reçu un accueil positif de la part d’autres personnes travaillant dans ce domaine. Les détails ont également été récemment publiés dans la revue à comité de lecture PNAS.
Chercheur principal, le professeur Robert Hazen, du laboratoire géophysique de la Carnegie Institution et de l’Université George Mason. a déclaré : « Il s’agit d’une avancée significative dans notre capacité à reconnaître les signes biochimiques de la vie sur d’autres mondes. Cela ouvre la voie à l’utilisation de capteurs intelligents sur des vaisseaux spatiaux sans pilote pour rechercher des signes de vie.
Depuis le début des années 1950, les scientifiques savent que, dans de bonnes conditions, le mélange de produits chimiques simples peut former certaines des molécules les plus complexes nécessaires à la vie, telles que acides aminés. Depuis lors, de nombreux autres composants nécessaires à la vie, comme les nucléotides nécessaires à la fabrication ADN, ont été détectés dans l’espace. Mais comment savoir si ceux-ci sont d’origine biologique ou s’ils sont fabriqués par un autre processus abiotique au fil du temps. Sans le savoir, nous ne savons pas si nous avons détecté de la vie.
Un selfie, pris par le rover Curiosity à la surface de Mars en juin 2016. Le rover Curiosity a utilisé l’équipement de pyrolyse-GCMS décrit dans cette notice. Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS
Bob Hazen a déclaré : « Nous posons une question fondamentale ; Y a-t-il quelque chose de fondamentalement différent dans la chimie de la vie par rapport à la chimie du monde inanimé ? Existe-t-il des « règles de vie chimiques » qui influencent la diversité et la répartition des biomolécules ? Pouvons-nous déduire ces règles et les utiliser pour guider nos efforts visant à modéliser les origines de la vie ou à détecter des signes subtils de vie sur d’autres mondes ? Nous avons constaté que c’était le cas.
D’un point de vue évolutif, la vie n’est pas une chose facile à maintenir, et il existe donc certaines voies qui fonctionnent et d’autres non. Notre analyse ne repose pas sur l’identification absolue d’un composé mais détermine les origines biologiques/non biologiques en examinant le composé par rapport au contexte de l’échantillon.
Qu’ont-ils fait
Les scientifiques employés NASA Méthodes de spectrométrie de masse (GCMS) par pyrolyse en phase gazeuse testées en vol pour analyser 134 échantillons variés riches en carbone provenant de cellules vivantes, d’échantillons dégradés par l’âge, de combustibles fossiles géologiquement traités, de météorites riches en carbone et de composés et mélanges organiques synthétisés en laboratoire.
59 d’entre eux étaient d’origine biologique (biotique), comme un grain de riz, un cheveu humain, du pétrole brut, etc. 75 étaient d’origine non biologique (abiotique), comme des composés synthétisés en laboratoire comme des acides aminés ou des échantillons. provenant de météorites riches en carbone. Les échantillons ont d’abord été chauffés dans un environnement sans oxygène, ce qui provoque leur décomposition (un processus connu sous le nom de pyrolyse).
Les échantillons traités ont ensuite été analysés dans un GC-MS, un appareil analytique qui sépare le mélange en ses composants, puis les identifie. À l’aide d’une suite de méthodes d’apprentissage automatique, des données tridimensionnelles (temps/intensité/masse) de chaque échantillon abiotique ou biotique ont été utilisées comme sous-ensembles d’entraînement ou de test, ce qui a abouti à un modèle capable de prédire la nature abiotique ou biotique de l’échantillon. avec une précision supérieure à 90 pour cent.
La première présentation et les retours d’autres scientifiques
Le professeur Hazen a présenté ses travaux pour la première fois aux scientifiques lors de la conférence de géochimie Goldschmidt à Lyon, en France, le 14ème Juillet, dans le cadre d’une session portant sur la géobiologie de la vie sur Terre et sur d’autres systèmes planétaires.
En réponse aux questions du public, le professeur Hazen a confirmé que « l’équipe sera en mesure d’élargir la gamme des biosignatures, pour détecter la vie extraterrestre, qui pourrait être fondamentalement différente de la vie sur Terre ».
Les coprésidents de la séance, Anastasia Yanchilina (Impossible Sensing, St Louis) et Fabian Gäb (Université de Bonn) ont noté que les commentaires en personne des scientifiques présents étaient vifs et positifs.
Le Dr Yanchilina a déclaré : « La séance dans son ensemble s’est bien déroulée et cette conférence a été l’une des cerises sur le gâteau. Cela nous rapproche de la reconnaissance de la vie lorsque nous la trouvons.
Ce que cela veut dire
Le professeur Hazen a poursuivi : « Ce travail a des implications intéressantes et profondes. Premièrement, nous pouvons appliquer ces méthodes à des échantillons anciens de la Terre et Mars, pour savoir s’ils étaient autrefois en vie. Ceci est évidemment important pour déterminer s’il y avait de la vie sur Mars, mais cela peut également nous aider à analyser des échantillons très anciens de la Terre, pour nous aider à comprendre quand la vie a commencé.
Cela signifie également qu’à un niveau profond, la biochimie et la chimie non biologique sont quelque peu différentes. Cela signifie probablement aussi que nous pourrons peut-être distinguer une forme de vie d’une autre planète, d’une autre biosphère, de celles que nous connaissons sur Terre. Cela signifie que si nous trouvons de la vie ailleurs, nous pouvons savoir si la vie sur Terre et sur d’autres planètes vient d’une origine commune (panspermie), ou si elle proviendrait d’origines différentes.
Ce qui nous a vraiment étonnés, c’est que nous avons entraîné notre méthode d’apprentissage automatique sur seulement deux attributs – biotique ou abiotique – mais la méthode a découvert 3 populations distinctes–abiotiques, biotiques vivants et biotiques fossiles – en d’autres termes, il pourrait distinguer les échantillons fossiles des échantillons biologiques plus récents. Cette découverte surprenante nous donne l’optimisme que d’autres attributs tels que la vie photosynthétique ou les eucaryotes (cellules dotées d’un noyau) pourraient également être distingués.
En résumé, cette étude n’est que le début de ce qui pourrait devenir une approche très utile pour extraire des informations de mélanges organiques énigmatiques.
Commentant, le professeur Emmanuelle Javaux (responsable du laboratoire Traces précoces de la vie et évolution-astrobiologie, directrice de l’unité de recherche Astrobiologie, Université de Liège, Belgique) a déclaré :
« Je pense que cette nouvelle étude est très passionnante. Il s’agit d’une nouvelle voie de recherche à explorer car elle semble distinguer la matière organique abiotique de la matière organique biotique en fonction de sa complexité moléculaire et pourrait potentiellement constituer un outil fantastique pour les missions d’astrobiologie. Il serait également très intéressant de tester cette nouvelle méthode sur certaines des plus anciennes traces putatives et controversées de la vie terrestre ainsi que sur des organismes modernes et fossiles des trois domaines du vivant ! cela pourrait aider à résoudre certains débats brûlants dans notre communauté.
Il s’agit d’un commentaire indépendant, le Professeur Javaux n’a pas été impliqué dans ces travaux.
Résumé de conférence 18592 Une biosignature moléculaire robuste basée sur l’apprentissage automatique appliquée aux données GCMS de pyrolyse tridimensionnelle
Henderson Cleaves – Institut spatial du marbre bleu ; Grethe Hystad – Université Purdue Nord-Ouest ; Anirudh Prabhu, Michael Wong, George Cody, Robert Hazen (tous Institution Carnegie pour la science); Sophia Economon – Université Johns Hopkins
La recherche de biosignatures définitives – des marqueurs sans ambiguïté de la vie passée ou présente – reste un objectif central de l’astrobiologie. Notre hypothèse est que des aspects profondément enracinés de la biochimie diffèrent fondamentalement de la chimie du monde non vivant. Contrairement aux molécules des systèmes non vivants, les éléments constitutifs moléculaires à base de carbone de la vie doivent être sélectionnés pour leurs fonctions, notamment stocker et répliquer des informations, rassembler de l’énergie et des atomes, construire des structures, contrôler des environnements, etc. Fabriquer des biomolécules fonctionnelles nécessite de l’énergie et des informations, des biens précieux dans un monde darwinien compétitif. Par conséquent, nous suggérons que la diversité et la distribution des molécules organiques dans les systèmes vivants sont différentes des suites moléculaires organiques produites par des processus abiotiques, car les processus biologiques de sélection pour la fonction et les voies de synthèse efficaces conduisent à des distributions de fréquences différentes des molécules biotiques par rapport à ce qui émerge. issus de processus purement abiotiques.
Nous avons utilisé des méthodes de spectrométrie de masse (GCMS) par pyrolyse en phase gazeuse testées en vol par la NASA pour analyser 134 échantillons variés riches en carbone provenant de cellules vivantes, d’échantillons dégradés taphonomiquement, de combustibles fossiles géologiquement traités, de météorites riches en C et de composés organiques synthétisés en laboratoire. et des mélanges. À l’aide d’une suite de méthodes d’apprentissage automatique, des données tridimensionnelles (temps/intensité/masse) de chaque échantillon abiotique ou biotique ont été utilisées comme sous-ensembles d’entraînement ou de test, ce qui a abouti à un modèle capable de prédire la nature abiotique ou biotique de l’échantillon. avec une précision supérieure à 90 pour cent. De plus, des échantillons de cellules vivantes, de biotes géologiquement traités et de mélanges abiotiques révèlent des attributs discrets qui suggèrent la possibilité d’une identification plus granulaire d’échantillons riches en matières organiques (voir figures). Les implications incluent : (1) nous pouvons appliquer cette méthode à des échantillons de Mars et de la Terre ancienne pour savoir s’ils étaient autrefois vivants ; (2) à un certain niveau profond, la biochimie diffère de la chimie organique abiotique ; et (3) en raison de la nature de la méthode, il est probable qu’elle puisse distinguer des biosphères alternatives de celle de la Terre.
