Команда специалистов со всего мира создала инновационную технологию для выявления потенциальных индикаторов существования внеземной флоры и фауны на поверхности Марса. Этот метод предполагает анализ возможных биомаркеров при помощи уже имеющегося оборудования, находящегося на марсоходах. Специалисты утверждают, что нет необходимости транспортировать образцы грунта с Красной планеты в лаборатории Земли, так как существующие инструменты способны обнаруживать проявления живой деятельности прямо на месте.

Основа нового подхода заключается в анализе минералов, способных сохранять сведения о прошлой жизни более продолжительное время по сравнению с органическими соединениями. По мнению исследователей, разработанная методика позволяет дифференцировать минералы, возникшие благодаря живым организмам, от тех, что образовались без их участия, с высокой степенью точности – около 98%.

Специалисты полагают, что данное решение может существенно увеличить потенциал будущих экспедиций по поиску жизни за пределами нашей планеты, исключая необходимость в дополнительном оснащении. Это позволит более продуктивно использовать существующие инструменты марсоходов, включая аппаратуру, которая уже функционирует или запланирована к отправке на Марс.

В научной работе, описывающей новый метод, Роберт Хейзен из Института Карнеги и его соавторы подчеркивают, что обнаружение жизни и биомаркеров за пределами Земли является приоритетной задачей в астробиологии. Тем не менее, достоверные свидетельства существования живых организмов, которые можно зарегистрировать с помощью космических аппаратов, на данный момент остаются весьма ограниченными.

Вплоть до настоящего времени приоритетными направлениями в поиске внеземной жизни являлось выявление органических соединений или обнаружение остатков древних форм жизни в отложениях и на дне речных русел прошлых эпох. При этом минеральные образования, потенциально способные сохранять свидетельства биологической деятельности в течение огромных промежутков времени – миллионы или даже миллиарды лет, не привлекали должного внимания как ценный источник данных.

На Красной планете марсоход NASA под названием Perseverance аккуратно собирает пробы грунта и горных пород, которые представляются наиболее многообещающими для выявления признаков жизни. Тем не менее, перспективы возвращения этих образцов на Землю посредством отдельной экспедиции столкнулись с существенными техническими сложностями и проблемами финансирования, что может отложить реализацию этой задачи на неопределенный срок.

Специалисты подчеркивают, что инструменты, уже установленные на марсоходе Perseverance, а также планируемое к использованию оборудование европейского ровера Rosalind Franklin, обладают возможностью выявлять признаки жизни непосредственно на поверхности Марса. Ключевым условием для этого является разработка эффективных методов обработки и интерпретации данных, получаемых с этих приборов.

Для обнаружения минеральных биосигнатур научные работники применяют метод рамановской спектроскопии. Данная технология позволяет исследовать структуру кристаллической решетки минералов и химический состав материалов без их повреждения, посредством анализа взаимодействия лазерного излучения с образцом.

Как утверждают ученые, зарегистрированные приборами марсоходов спектральные характеристики существенно не отличаются от результатов лабораторных экспериментов, проводимых на Земле. Благодаря этому появляется возможность применять земные справочные материалы для расшифровки потенциальных индикаторов жизни в иных планетных системах.

Тем не менее, идентификация природных минералов представляет собой непростую задачу. Спектры подобных образцов нередко демонстрируют комплекс перекрывающихся пиков, нестабильный базовый уровень и изменения свойств, обусловленные химическим составом. В прошлом это серьезно осложняло выявление достоверных признаков биологического происхождения исключительно по некоторым особенностям спектра.

В качестве объекта изучения был выбран минерал апатит – широко распространенный фосфат, который обнаруживается как на нашей планете, так и в космическом пространстве. Апатит играет значительную роль в составе живых организмов, включая костную ткань и зубы, но также способен образовываться посредством обычных геологических процессов.

Именно эта двойственность предопределила выбор апатита для тестирования инновационной методики. Специалисты намеревались выяснить, существует ли возможность различить минерал, образовавшийся благодаря живым существам, и тот, что сформировался в результате стандартных геологических трансформаций.

В рамках научного исследования было собрано триста тридцать один экземпляр спектральных характеристик апатита, для которых уже была установлена их геологическая история. В эту коллекцию вошли образцы, сформировавшиеся в живых организмах, природные минералы небиологического происхождения и искусственно созданные вещества.

На последующем этапе эксперты определили двадцать один наиболее значимый аспект спектральных показателей и использовали метод случайного леса для обучения алгоритма машинного обучения. Искусственный интеллект изучал разнообразные параметры, такие как расположение полос в спектре, их расширенность и относительная яркость.

По результатам сопоставления полученных данных было установлено, что наиболее показательными признаками являются линия карбоната в спектре и ширина основной фосфатной линии. Данные характеристики демонстрируют соответственно химический состав минерала и особенности его кристаллической организации.

При тестировании разработанного подхода на трехста одиннадцати образцах модель смогла с уверенностью более девяносто шести процентов определить различие между апатитом биологического и небиологического происхождения. Специалисты отметили, что алгоритм допустил ошибку лишь в отношении одного экземпляра биологической природы, классифицировав его как небиологический, и наоборот.

По оценкам специалистов, разработанная методика формирует основу для всеобщей тактики выявления биосигнатур в старинных неорганических образованиях и может найти применение при реализации будущих межпланетных экспедиций. Сочетание космического оборудования с технологиями искусственного интеллекта откроет существенные перспективы для самостоятельного изучения информации непосредственно на иных планетах.

В будущем, вероятнее всего, поиск внеземной жизни будет строиться на одновременном анализе минеральных и органических индикаторов. Специалисты намерены интегрировать информацию, полученную с помощью рамановской спектроскопии, с результатами инфракрасного анализа, лазерной спектрометрии, рентгенофлуоресцентного исследования и других исследовательских техник.

Авторы научной работы полагают, что искусственный интеллект станет важнейшим средством будущих экспедиций, поскольку он способен выявлять сложные взаимосвязи в колоссальных объемах данных и различать вероятные проявления биологической деятельности от обычных геологических трансформаций.

Данный комплексный метод может ускорить наступление того момента, когда космические аппараты получат возможность самостоятельно находить потенциальные признаки существования жизни на других планетах без необходимости транспортировки образцов в земную лабораторию.

Исследование опубликовано в журнале PNAS Nexus.