Les scientifiques ont développé une méthode révolutionnaire basée sur l’IA pour détecter des signes de vie sur d’autres planètes. Cette méthode, avec une précision de 90 %, distingue les échantillons biologiques et abiotiques en analysant les modèles moléculaires. Il promet de révolutionner l’exploration spatiale et notre compréhension des origines de la vie, avec des applications potentielles dans divers domaines, notamment la biologie et l’archéologie.
« Le Saint Graal de l’astrobiologie » – Nouveau apprentissage automatique technique permet de déterminer si un échantillon est d’origine biologique ou non biologique avec 90% précision.
Les scientifiques ont découvert un test simple et fiable pour détecter les signes de vie passée ou présente sur d’autres planètes – « le Saint Graal de l’astrobiologie ».
Dans un article récemment publié dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciencesune équipe de sept membres, financée par la Fondation John Templeton et dirigée par Jim Cleaves et Robert Hazen du Institution Carnegie pour la sciencerapporte que, avec une précision de 90 %, leur méthode basée sur l’intelligence artificielle a distingué les échantillons biologiques modernes et anciens de ceux d’origine abiotique.
Révolutionner l’exploration spatiale et les sciences de la Terre
« Cette méthode analytique de routine a le potentiel de révolutionner la recherche de la vie extraterrestre et d’approfondir notre compréhension de l’origine et de la chimie des premières formes de vie sur Terre », explique le Dr Hazen. « Cela ouvre la voie à l’utilisation de capteurs intelligents sur des engins spatiaux robotiques, des atterrisseurs et des rovers pour rechercher des signes de vie avant le retour des échantillons sur Terre. »
Dans l’immédiat, le nouveau test pourrait révéler l’histoire de roches mystérieuses et anciennes sur Terre, et peut-être celle d’échantillons déjà collectés par le Mars Instrument d’analyse d’échantillons sur Mars (SAM) du rover Curiosity. Ces derniers tests pourraient être menés à l’aide d’un instrument analytique embarqué baptisé « SAM » (pour Sample Analysis at Mars).
Cette image prise par le rover Perseverance de la NASA le 6 août 2021 montre le trou foré dans une roche martienne en préparation pour la première tentative du rover de collecter un échantillon. Elle a été prise par l’une des caméras de danger du rover dans ce que l’équipe scientifique du rover a surnommé un « pavé » dans la zone « Crater Floor Fractured Rough » du cratère Jezero. Crédit : NASA/JPL-Caltech
« Nous devrons peaufiner notre méthode pour qu’elle corresponde aux protocoles de SAM, mais il est possible que nous ayons déjà des données en main pour déterminer s’il existe sur Mars des molécules provenant d’une biosphère martienne organique. »
Points clés à retenir de la nouvelle recherche
« La recherche de la vie extraterrestre reste l’une des entreprises les plus passionnantes de la science moderne », déclare l’auteur principal Jim Cleaves du Laboratoire Terre et Planètes de la Carnegie Institution for Science, Washington, DC.
« Les implications de cette nouvelle recherche sont nombreuses, mais il y a trois grands points à retenir : premièrement, à un niveau profond, la biochimie diffère de la chimie organique abiotique ; deuxièmement, nous pouvons examiner des échantillons de Mars et de la Terre ancienne pour savoir s’ils étaient vivants autrefois ; et troisièmement, il est probable que cette nouvelle méthode pourrait distinguer les biosphères alternatives de celles de la Terre, avec des implications significatives pour les futures missions d’astrobiologie.
Le rôle de l’IA dans la différenciation des échantillons biotiques et abiotiques
La méthode analytique innovante ne repose pas simplement sur l’identification d’une molécule ou d’un groupe spécifique de composés dans un échantillon.
Au lieu de cela, les chercheurs ont démontré que l’IA peut différencier les échantillons biotiques des échantillons abiotiques en détectant des différences subtiles dans les modèles moléculaires d’un échantillon, révélées par l’analyse par chromatographie en phase gazeuse de pyrolyse (qui sépare et identifie les composants d’un échantillon), suivie par la spectrométrie de masse (qui détermine les poids moléculaires). de ces composants).
De vastes données multidimensionnelles issues des analyses moléculaires de 134 échantillons connus riches en carbone abiotique ou biotique ont été utilisées pour entraîner l’IA à prédire l’origine d’un nouvel échantillon. Avec une précision d’environ 90 %, l’IA a réussi à identifier les échantillons provenant de :
- Les êtres vivants, tels que les coquilles modernes, les dents, les os, les insectes, les feuilles, le riz, les cheveux humains et les cellules conservées dans des roches à grains fins.
- Vestiges de vie ancienne altérés par le traitement géologique (par exemple, charbon, pétrole, ambre et fossiles riches en carbone), ou
- Les échantillons d’origine abiotique, tels que les produits chimiques purs de laboratoire (par exemple, acides aminés) et des météorites riches en carbone.
Les auteurs ajoutent que jusqu’à présent, les origines de nombreux échantillons anciens contenant du carbone étaient difficiles à déterminer car les collections de molécules organiques, qu’elles soient biotiques ou abiotiques, ont tendance à se dégrader avec le temps.
Étonnamment, malgré une dégradation et une altération significatives, la nouvelle méthode analytique a détecté des signes de biologie préservés dans certains cas sur des centaines de millions d’années.
Décrypter la chimie de la vie et le potentiel de découvertes futures
Le Dr Hazen déclare : « Nous sommes partis de l’idée que la chimie de la vie diffère fondamentalement de celle du monde inanimé ; qu’il existe des « règles chimiques de la vie » qui influencent la diversité et la distribution des biomolécules. Si nous pouvions déduire ces règles, nous pourrions 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.
« Ces résultats signifient que nous pourrons peut-être trouver une forme de vie provenant d’une autre planète, d’une autre biosphère, même si elle est très différente de la vie que nous connaissons sur Terre. Et si nous trouvons des signes de vie ailleurs, nous pouvons déterminer si la vie sur Terre et sur d’autres planètes a une origine commune ou différente.
« En d’autres termes, la méthode devrait être capable de détecter les biochimies extraterrestres, ainsi que la vie sur Terre. C’est un gros problème car il est relativement facile de repérer les biomarqueurs moléculaires de la vie sur Terre, mais nous ne pouvons pas supposer que la vie extraterrestre utilisera ADNacides aminés, etc. Notre méthode recherche des modèles de distributions moléculaires qui découlent de la demande de la vie en molécules « fonctionnelles ».
« Ce qui nous a vraiment étonnés, c’est que nous avons entraîné notre modèle d’apprentissage automatique pour prédire seulement deux types d’échantillons – biotiques ou abiotiques – mais la méthode a découvert trois populations distinctes : abiotique, biotique vivant et biotique fossile. En d’autres termes, il pourrait distinguer des échantillons biologiques plus récents d’échantillons fossiles – une feuille ou un légume récemment cueilli, par exemple, par rapport à quelque chose qui est mort depuis longtemps. 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.
Capacités analytiques de l’IA pour démêler des modèles complexes
Pour expliquer le rôle de l’IA, le co-auteur Anirudh Prabhu de la Carnegie Institution for Science utilise l’idée de séparer les pièces en utilisant différents attributs – valeur monétaire, métal, année, poids ou rayon, par exemple – puis va plus loin pour trouver des combinaisons de attributs qui créent des séparations et des regroupements plus nuancés. « Et lorsque des centaines de ces attributs sont impliqués, les algorithmes d’IA sont inestimables pour rassembler les informations et créer des informations très nuancées. »
Ajoute le Dr Cleaves : « D’un point de vue chimique, les différences entre les échantillons biotiques et abiotiques sont liées à des éléments tels que la solubilité dans l’eau, les poids moléculaires, la volatilité, etc. »
« La façon simple dont j’y penserais est qu’une cellule a une membrane et un intérieur, appelé cytosol ; la membrane est plutôt insoluble dans l’eau, tandis que le contenu de la cellule est plutôt soluble dans l’eau. Cet arrangement maintient la membrane assemblée tout en essayant de minimiser les contacts de ses composants avec l’eau et empêche également les « composants internes » de fuir à travers la membrane.
« Les composants internes peuvent également rester dissous dans l’eau bien qu’il s’agisse de molécules extrêmement grosses comme les chromosomes et les protéines », explique-t-il.
« Ainsi, si l’on décompose une cellule ou un tissu vivant en ses composants, on obtient un mélange de molécules très solubles dans l’eau et de molécules très insolubles dans l’eau réparties sur un spectre. Des éléments comme le pétrole et le charbon ont perdu la plupart des matières solubles dans l’eau au cours de leur longue histoire.
« Les échantillons abiologiques peuvent avoir des distributions uniques sur ce spectre les uns par rapport aux autres, mais ils sont également distincts des distributions biologiques. »
Chert Apex vieux de 3,5 milliards d’années provenant des régions sauvages d’Australie occidentale. Crédit : Laboratoire Carnegie Science Terre et Planètes
Cette technique pourrait bientôt résoudre un certain nombre de mystères scientifiques sur Terre, notamment l’origine de sédiments noirs vieux de 3,5 milliards d’années provenant d’Australie occidentale – des roches très controversées qui, selon certains chercheurs, abritent les microbes fossiles les plus anciens de la Terre, tandis que d’autres affirment qu’elles sont dépourvues de vie. panneaux.
D’autres échantillons de roches anciennes du nord du Canada, d’Afrique du Sud et de Chine suscitent des débats similaires.
«Nous appliquons actuellement nos méthodes pour répondre à ces questions de longue date concernant la biogénicité de la matière organique présente dans ces roches», explique Hazen.
Et de nouvelles idées ont émergé sur les apports potentiels de cette nouvelle approche dans d’autres domaines comme la biologie, la paléontologie et l’archéologie.
« Si l’IA peut facilement distinguer la vie biotique de la vie abiotique, ainsi que la vie moderne de la vie ancienne, alors quelles autres informations pourrions-nous obtenir ? Par exemple, pourrions-nous déterminer si une ancienne cellule fossile avait un noyau ou était photosynthétique ? » dit le Dr Hazen.
« Pourrait-il analyser des restes carbonisés et discriminer différentes essences de bois provenant d’un site archéologique ? C’est comme si nous plongions simplement nos orteils dans l’eau d’un vaste océan de possibilités.
L’étude a été financée par la Fondation John Templeton.
